Пристрій для одержання динамічних декоративних ефектів

Изобретение относится к устройствам для создания световых эффектов и может быть использовано в светильниках, в рекламных устройствах, декоративных изделиях, декоративных панно, для создания красочных сценических эффектов и т.д. Наиболее близким к предлагаемому является устройство по а.с. СССР №1641378, A63J17/00, 1991г., выбранное в качестве прототипа. Все эти устройства содержат установленные последовательно вдоль оптической оси источник света со сферическим отражателем, конденсор, формообразующий трафарет и набор светофильтров, вращение которых обеспечено кинематическим узлом, калейдоскоп, объектив и экран. Световые образы, сформированные трафаретом и светофильтрами, далее умножаются и модифицируются калейдоскопом, а затем проецируются объективом на экран. Динамическое изменение декоративного изображения на экране обеспечено вращением трафарета и светофильтров. Наблюдаемая картина представляет собой сочетание перемещающихся по экрану цветных Пугольников с изображением теневого рисунка, окруженных цветным ореолом. Причем центральная часть картины намного ярче, чем периферия. Если цветное изображение проецировать на неплоский экран, к примеру, на шар изнутри, то цветное изображение на шаре будет терять яркость и контрастность по мере удаления от центральной части к периферии. На нижней части шара изображение практически отсутствует. Это связано с тем, что центральная часть изображения формируется световым потоком 0 го порядка, прошедшим сквозь калейдоскоп без переотражений, 1 - го и 2 - го порядков, претерпевшими в калейдоскопе соответственно одно и два отражения. Ниже располагаются световые образы, сформированные световыми потоками высших порядков, интенсивность которых невелика. Ввиду многократного увеличения длины пути светового потока высших порядков из-за многократных отражений оптическая схема в них расфокусирована, и их изображение неконтрастно в ущерб зрелищности. В основу изобретения поставлена задача увеличить количество и многообразие световых образов, уменьшить различие длин оптических путей для световых потоков низших и высших порядков, а также расширить телесный угол проецирования изображения. Первое повышает зрелищность, второе - контрастность, третье обеспечивает увеличение площади изображения, "разворачивает" его, что особенно важно для неплоских экранов. Поставленная задача решается благодаря тому, что устройство для получения динамических декоративных световых эффектов, содержащее расположенные на оптической оси источник света с отражателем, калейдоскоп в виде многогранной призмы с зеркально отражающими гранями, объектив, по крайней мере одна поверхность которого сферическая, набор светофильтров, установленных с возможностью перемещения, кинематический узел, обеспечивающий по крайней мере их перемещение, и экран, отличающееся тем, что объектив со стороны, диаметрально противоположной выпуклой сферической поверхности, выполнен в виде усеченной многогранной пирамиды, вершина которой направлена к центру сферической поверхности, и установлен непосредственно за выходным торцом калейдоскопа, длине граней которого связана с фокусным расстоянием объектива соотношением а ширина граней выбрана из условия источник света установлен так, что тело накаливания находится в плоскости входного торца калейдоскопа, а набор светофильтров расположен за объективом. Для повышения зрелищности в калейдоскоп введено на расстояние от входного торца кольцо шириной с зеркальной поверхностью, диаметр которого соответствует кругу, вписанному в сечение калейдоскопа. В случае экранов большой площади отражатель выполнен в виде набора плоских зеркал, установленных с возможностью регулировки их положения, •введены также дополнительные источники, установленные на входном торце калейдоскопа с возможностью регулировки их положения, а источник света установлен с возможностью перемещения с помощью кинематического узла в плоскости входного торца калейдоскопа. Новым в данном техническом решении является то, что объектив со стороны, диаметрально противоположной выпуклой сферической поверхности, выполнен в виде усеченной многогранной пирамиды, вершина которой направлена к центру сферической поверхности, и установлен непосредственно за выходным торцом калейдоскопа, длина граней которого связана с фокусным расстоянием объектива соотношением а ширина граней выбрана из условия источник света установлен так, что тело накаливания находится в плоскости входного торца калейдоскопа, а набор светофильтров расположен за объективом. Кроме того, для повышения зрелищности в калейдоскоп введено на расстояние от входного торца кольцо шириной с зеркальной поверхностью, диаметр которого соответствует кругу, вписанному в сечение калейдоскопа. Для улучшения декоративного эффекта на экранах большой площади отражатель выполнен в виде набора плоских зеркал, установленных с возможностью регулировки их положения, а также введены дополнительные источники света, установленные на входном торце калейдоскопа с возможностью регулировки их положения. Для повышения зрелищного динамического эффекта источник света установлен с возможностью перемещения в плоскости входного торца калейдоскопа с помощью кинематического узла. Размещение лампы на входном торце калейдоскопа позволяет максимально использовать излучаемый ею световой поток, обогатив наблюдаемую картину световыми образами, сформированными световыми пучками высших порядков, соответствующими лучам, падающим на грани калейдоскопа под малыми углами (почти вертикально). Энергетическое распределение интенсивности светового потока на выходе калейдоскопа между пучками разных порядков и соответственно яркости световых образов, сформированных ими, зависит от соотношения ширины и длине граней калейдоскопа. Для коротких калейдоскопов основная часть световой энергии сконцентрирована в 0 - м и 1 - м порядках. При этом наблюдаемая картина содержит небольшое количество световых образов высокой яркости в ущерб зрелищности. Для длинных калейдоскопов большая часть световой энергии сосредоточена в пучках высших порядков. Поскольку количество световых образов, формируемых световыми пучками, резко возрастает с увеличением количества переотражений в калейдоскопе, то наблюдаемая картина также лишена зрелищности из-за чрезмерно большого количества мелких, малоконтрастных световых образов низкой яркости. Исследования показали, что при наблюдается оптимальное для зрелищного эффекта распределение между интенсивностями световых пучков разных порядков; пучки 0 - го, 1 - го, 2 - го и 3 - го порядков сравнимы по интенсивностям, и в них сосредоточена большая часть световой энергии (60 - 70%). Они формируют яркие сгустки причудливой формы со шлейфом, сформированным световыми пучками высших порядков (наиболее хвостатых комет). Оптический элемент, одна поверхность которого сферическая, а другая - в виде усеченной многогранной пирамиды, совмещает функции объектива, благодаря передней сферической поверхности, умножителя изображений (по числу граней усеченной пирамиды) и развертывающего устройства, отклоняющего проходящий световой поток от оптической оси в боковые стороны, что обеспечивает заполнение световыми обрезами периферии плоских экранов, а также неплоских - в виде замкнутых сферических поверхностей и т.д. Поскольку длина пути световых пучков различных порядков различна, то объектив фокусирует их с разной контрастностью на экране. Как показали исследования, при соотношение между длиной калейдоскопа и фокусным расстоянием объектива таково, что достигается корректировка яркости изображений световых пучков разных порядков путем вариации их контрастности, что обеспечивает соответствующее повышение зрелищности наблюдаемой картины. Выполнение объектива со стороны, диаметрально противоположной его выпуклой сферической поверхности, в виде усеченной многогранной пирамиды, вершина которой направлена к центру сферической поверхности, способствует также уравниванию длин оптических путей световых потоков низших и высших порядков. Это связано с тем, что потоки низших порядков сконцентрированы в узком телесном угле вокруг оптической оси. Длина их пути в воздухе мала, а в пределах пирамиды велика, у потоков же высших порядков длина пути в воздухе велика - большое количество переотражений, но они удалены от оптической оси, и длина их пути в пределах пирамиды мала, что приводит к уменьшению длины их оптического пути. В итоге, контрастность изображения повышается. Установка светофильтров после объектива обеспечивает хаотическое расцвечивание световых образов, что способствует зрелищности. При установке светофильтров между источником света и калейдоскопом (как у прототипа) наблюдается упорядоченное чередование цветов в ущерб зрелищности. При чередовании светофильтров разной оптической плотности (кроме цветов) картина "оживает": при светофильтрах с малой оптической плотностью появляются световые образы, незаметные в случае плотных светофильтров, что существенно повышает динамику наблюдаемой картины. Установка ряда плоских отражателей с возможностью регулировки их углового положения обеспечивает возможность корректировки распределения световых образов на экране: появляется возможность вводить дополнительные световые образы в обедненные участки изображения. Для увеличения общего количества световых образов при проецировании изображения на экраны большой площади вводятся дополнительные источники света - лампы накаливания, расположение которых в плоскости входного торца калейдоскопа регулируется винтами, что обеспечивает равномерное распределение, а при необходимости концентрацию световых образов на экране. Общее количество образов увеличивается пропорционально количеству источников света. При введении в калейдоскоп кольца с зеркально отражающим покрытием наблюдаемая картина обогащается дугами, расходящимися веером. Положение кольца в калейдоскопе и его ширина очень критичны. Экспериментально получены следующие оптимальные соотношения между На фиг.1 приведена оптическая схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - оптический элемент, совмещающий функции объектива (положительной линзы), умножителя изображений и развертывающего устройства, к примеру, на основе усеченной пятигранной пирамиды; на фиг.3 - один из возможных вариантов калейдоскопа четырехгранная призма; на фиг.4 - схема установки отражателей, к примеру, двух; на фиг.5 вариант источника света на основе нескольких ламп; на фиг.6 - вариант калейдоскопа с установленным внутри него зеркальным кольцом. Устройство для получения декоративных динамических эффектов содержит последовательно установленные вдоль оптической оси источник света 1 (лампа накаливания), калейдоскоп 2, выполненный в виде многогранной призмы с зеркально отражающими гранями, объектив 3, набор светофильтров 4, установленных на несущем диске 5, приводимом во вращение кинематическим узлом 6, фиг.1. Лампа установлена так, что ее тело накаливания - спираль находится в плоскости входного торца калейдоскопа. Отражатель, обеспечивающий повышение эффективности источника света, в простейшем варианте может быть выполнен в виде зеркального покрытия на нижней части стеклянной колбы лампы 1, прилегающей к патрону (на фиг,1 зеркальное покрытие на колбе лампы не отмечено), либо в виде отдельного элемента (элементов), как на фиг.4, установленных за (рядом) с лампой. Отражатель в виде зеркального покрытия на колбе лампы предпочтительнее при использовании мощных ламп, требующих принудительного воздушного охлаждения. В этом случае отражатель в виде отдельных элементов экранирует лампу от охлаждающего потока. В объективе, фиг.2, 7 - сферическая поверхность, 8 - плоские грани усеченной пирамиды. Объектив может быть изготовлен из стекла либо полимера. Он может быть установлен так, как показано на фиг.1, т.е. сферической поверхностью, обращенной к калейдоскопу 2, усеченной пирамидой - к диску 5, а также наоборот: сферическая поверхность будет обращена к диску 5, а усеченная пирамида - к калейдоскопу, при этом принцип действия устройства сохраняется, а наблюдаемое изображение несколько изменяется, но не в ущерб красочности и зрелищности. В варианте источника света с плоскими зеркальными отражателями, фиг.4, 9 - держатель патрона, 10 - подложка зеркального отражателя, 11 - ось подложки, 12 - плоский зеркальный отражатель, 13 - регулировочный винт, задающий угол наклона плоскости отражателя, 14 - патрон лампы. Вариант источника света с несколькими лампами накаливания, фиг.5, содержит держатель патронов ламп 15, снабженный пружиной 16. Регулировочные винты 13 обеспечивают смещение ламп в пределах входного торца калейдоскопа. В модифицированном калейдоскопе, фиг.6, на кольце 17 имеется зеркально отражающее покрытие 18. Калейдоскоп выполнен в виде четырехгранной призмы. Перемещение источника света может быть обеспечено с помощью кинематического узла любым известным способом. Предложенное устройство работает следующим образом. Световой поток, излучаемый лампой 1, поступает в калейдоскоп 2, где распадается на ряд световых пучков, претерпевших различное количество переотражений - соответственно световые пучки 0 - го, 1 - го, 2 - го и т.д. порядков, которые на выходе из калейдоскопа 2 фокусируются объективом 3 и проецируются на экран (на фиг.1 не показанный), сквозь светофильтры 4, установленные в диске 5, и перемещаемые с помощью кинематического узла 6. При выполнении отражателя в виде набора зеркал, фиг.4, удобно при настройке устройства, изменяя угол наклона зеркальных отражателей 12 с помощью регулировочных винтов 13, смещать световые образы, создаваемые пучками света, отраженными зеркалом 12, в различные участки наблюдаемого изображения. Обогащение изображения световыми образами и повышение интегральной яркости наблюдаемой картины достигается также введением дополнительных ламп накаливания, фиг.5. При настройке устройства лампы 1 можно сместить в плоскости входного торца калейдоскопа 2 с помощью регулировочных винтов 13, переводя световые образы целенаправленно в те участки изображения, зрелищность которых особенно важна. Повышение динамичности изображения достигается путем перемещения (периодического качания, наклона и т.д.) источника света 1, что может быть реализовано с помощью кулачка, пасика и т.д., сопряженных с патроном 14 лампы накаливания 1 и приводимых в движение с помощью кинематического узла устройства. Смещение источника света приводит к смещению и изменению световых образов, в результате, повышая зрелищность и динамичность наблюдаемого изображения. Указанным способом, в принципе, можно связать ритм музыкального сопровождения с динамикой светового изображения. Использование предложенного устройства в светильниках с рассеивателем в форме шара большого диаметра, декоративных столиках, дека и боковые грани которых выполнены в виде матированных рассеивателей, для расцвечивания потолка и стен в кафе и т.д. обеспечивает зрелищность благодаря глубокой выразительности и причудливости динамичных световых образов.