УСТРОЙСТВО ДЕКОРАТИВНОГО ОПТОВОЛОКОННОГО ОСВЕЩЕНИЯ

Предлагаемое техническое решение относится к системам декоративного освещения, может быть использовано для создания имитации звездного неба в различных помещениях.
Из патентной литературы известно устройство для создания звездного неба, JP 2259687, G09B 27/00, G02B 6/00. Данное устройство представляет собой темный купол с отверстиями, к которым подведены оптические волокна. Оптические волокна собраны в пучки и подсоединены к источникам света. На внутренней стороне купола образуется звездное небо.
Недостатком данного решения является сложность конструкции, так как не в любом помещении можно разместить купол. Кроме того, нецелесообразно использовать такое большое количество точечных источников света, что неэкономично.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели устройство для создания звездного неба, описанное в патенте ЕР 1102231. Данное устройство содержит несущую поверхность с отверстиями, в которые вставлены концы оптических волокон. С обратной стороны несущей поверхности оптические волокна собраны в пучок и соединены с проектором, от которого идет свет на оптические волокна. Проекторов может быть несколько. Цветовое колесо служит для создания эффекта мерцания и смены цветов.
Данное устройство устраняет некоторые из недостатков аналога, но при
этом наличие движущихся частей - колеса и системы принудительного охлаждения ламп проектора, необходимой в системах такого типа - способствует возникновению посторонних шумов, что неприемлемо, поскольку имитация звездного неба подразумевает тишину.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая модель, является увеличение технологических возможностей, повышение компактности устройства, увеличение срока эксплуатации, а также устранение посторонних шумов.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве декоративного оптоволоконного освещения, состоящем из несущей поверхности с расположенными в необходимой последовательности отверстиями, проектора, размещенного с обратной стороны несущей поверхности, и необходимого количества оптических волокон, один конец каждого оптического волокна вставлен в отверстие несущей поверхности, а второй соединен с проектором, причем вторые концы оптических волокон связаны в пучок. В качестве проектора использовано устройство, содержащее микропроцессор, задающий программу, как минимум один излучатель, выполненный на основе мощного светодиода и связанный с оптическими волокнами посредством фокусирующей системы, расположенной между светодиодом и вторыми концами оптических волокон. При этом между микропроцессором и светодиодом размещены широтно-импульсные модуляторы и электронные ключи, причем число двух последних равно числу светодиодов, существует возможность создания эффекта мерцания.
Кроме того, могут быть цветными, при этом существует возможность создания перехода одного цвета в другой.
При этом, если устройство декоративного оптоволоконного освещения содержит три светодиода, то они выбраны следующих цветов: красный, зеленый и синий.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства декоративного оптоволоконного освещения; на фиг.2 - разрез несущей поверхности со
вставленными в нее оптическими волокнами; на фиг.3 - вид А фиг.2; на фиг.4 - разрез Б-Б фиг.2; на фиг.5 - связь устройства, выполняющего роль проектора, с оптическими волокнами; на фиг.6 - форма сигнала, поступающего с микропроцессора; на фиг.7 - форма сигнала, поступающего с широтно-импульсного модулятора.
Устройство декоративного оптоволоконного освещения состоит из несущей поверхности 1 с отверстиями 2, в которые вставлены оптические волокна 3.
Несущая поверхность 1 может быть любой, как плоской, так и пространственной, может быть выполнена из разных материалов, например, гипсокартона, фанеры и т.д. Кроме того, несущая поверхность 1 может содержать дополнительное полотно натяжного потолка из виниловой пленки.
Отверстия 2 в несущей поверхности 1 могут располагаться хаотично или с определенной последовательностью, например, как расположены звезды в созвездиях и т.д.
Оптические волокна 3 собраны в пучок, но при этом одни концы вставлены в отверстия 2 несущей поверхности 1, а вторые концы собраны вместе, как бы образуя единую поверхность. Количество оптических волокон 3, как правило, равно числу отверстий 2, но в отдельных случаях может быть в одно отверстие 2 вставлено несколько оптических волокон 3. Это может быть актуально для образования созвездий, когда одна звезда больше других.
С обратной стороны несущей поверхности 1 расположено устройство 4, которое исполняет роль проектора, т.е. с помощью него происходит засветка оптического волокна.
Устройство 4 состоит из блока питания (на фиг. не показан), микропроцессора 5, излучателя 6, широтно-импульсного модулятора 7, электронного ключа 8, фокусирующей системы 9.
Микропроцессор 5 содержит встроенную память с программами динамических эффектов и устройство выбора этих программ (на фиг. не показан).
Излучатель 6 выполнен на основе мощного светодиода. Устройство
декоративного оптоволоконного освещения может содержать как один излучатель 6, так и несколько. Кроме того, излучатель 6 может быть белым или цветным. Как правило, если устройство декоративного оптоволоконного освещения содержит один излучатель 6, то это излучатель 6 - белого цвета, если несколько, например, три излучателя 6, то это светодиоды красного, зеленого и синего цветов. Выбор цвета излучателя 6 зависит только от желаемого декоративного эффекта.
Излучатели 6 могут быть реализованы, например, на основе мощных светодиодов Prolight Opto Lambertian type 3w (или в случае цветных - 3 кристалла в одном корпусе - 1w на кристалл).
Между микропроцессором 5 и излучателями 6 расположены широтно-импульсные модуляторы 7 и электронные ключи 8.
Широтно-импульсные модуляторы 7 предназначены для преобразования электронного сигнала, идущего от микропроцессора 5, в сигнал широтно-импульсной модуляции. Количество широтно-импульсных модуляторов 7 равно числу излучателей 6. Широтно-импульсные модуляторы 7 позволяют управлять яркостью свечения каждого излучателя 6 посредством электронного ключа 8, что делает возможным получить эффект «перетекания» цветов из одного в другой (при наличии разноцветных излучателей 6) либо эффект мерцания (при использовании белых излучателей 6).
Микропроцессор 5 может быть реализован, например, в виде программируемого микроконтроллера Atmega162-16 со встроенными каналами широтно-импульсных модуляторов.
Электронные ключи 8 исполняют роль прерывателей электрического тока, поступающего на излучатели 6, т.е. включают или выключают излучатель 6. Таким образом, осуществляется эффект мерцания излучателя 6 с четко определенными состояниями «включен/не включен». Такое переключение происходит с очень большой частотой (порядка 8000 раз в секунду) и разной скважностью импульсов. Мерцание такой частоты неразличимо для зрения и воспринимается как изменение яркости свечения излучателя 6 при
изменении скважности импульсов.
Количество электронных ключей 8 равно числу излучателей 6 и широтно-импульсных модуляторов 7.
Электронные ключи 8 могут быть реализованы, например, на быстродействующем полевом MOSFET транзисторе Р-канал irf19014.
На выходе устройства 4 расположенная фокусирующая система 9, представляющая собой линзу. Фокусирующая система 4 распределяет свет от излучателя 6 на вторые концы оптических волокон 3.
Фокусирующая система 4 может быть реализована, например, на коллиматорной линзе с углом фокусировки 15 градусов.
Устройство декоративного оптоволоконного освещения при одном излучателе 6 работает следующим образом.
От блока питания (на фиг. не показан) на устройство 4 поступают номинальный ток, питающий излучатель 6 через электронный ключ 8. По заложенной в микропроцессоре 5 программе передается электронный сигнал, который поступает в широтно-импульсный модулятор 7.
В широтно-импульсном модуляторе 7 электронный сигнал преобразуются в прямоугольные импульсы с переменной скважностью, управляющие электронным ключом 8. Чем меньше скважность импульсов - тем выше яркость свечения излучателя 6.
Свет от излучателя 6 через фокусирующую систему 9 поступает на вторые концы оптических волокон 3 и, проходя по всей их длине, доходит до концов, закрепленных в отверстиях 2. Таким образом, несущая поверхность 1 имитирует собой небо со светящимися звездами.
Излучатель 6 - светодиод может быть белым или цветным, в соответствии с этим и точки, являющиеся концами оптических волокон 3, на несущей поверхности 1 будут светиться таким же цветом.
В микропроцессоре 5 заложено несколько программ, отличающихся, например, частотой мерцания и яркостью свечения излучателя 6 - светодиода, а также скоростью изменения яркости. Выбрать программу можно с
помощью специального устройства выбора программ (на фиг. не показан), содержащегося в устройстве 4.
Цветной вариант устройства декоративного оптоволоконного освещения при излучателях 6 работает следующим образом.
Устройство декоративного оптоволоконного освещения содержит три излучателя 6 - светодиоды красного, зеленого и синего цветов (возможно исполнение - 3 кристалла в одном корпусе).
От блока питания (на фиг. не показан) на устройство 4 поступают номинальный ток, питающий излучатель 6 через электронные ключи 8. По заложенной в микропроцессоре 5 программе передается электронный сигнал, который поступает в широтно-импульсный модулятор 7. Так как устройство декоративного оптоволоконного освещения содержит три излучателя 6, то и широтно-импульсных модулятора 7 тоже три. При этом каждый широтно-импульсный модулятор 7 связан с одним излучателем 6.
В каждом широтно-импульсном модуляторе 7 электронный сигнал преобразуются в прямоугольные импульсы с переменной скважностью, управляющие электронным ключом 8, которых в устройстве декоративного оптоволоконного освещения также три. При этом один электронный ключ 8 связан с одним широтно-импульсным модулятором 7.
Один электронный ключ 8 пропускает сигнал от одного конкретного широтно-импульсного модулятора 7, который, в свою очередь, управляет конкретным излучателем 6.
Если, например, необходимо получить звезды красного цвета, то широтно-импульсный модулятор 7, связанный с излучателем 6 - светодиодом красного цвета, передает прямоугольные импульсы с минимальной скважностью. При этом другие широтно-импульсные модуляторы 7, связанные с другими излучателями 6 - светодиодами зеленого и синего цвета, передают прямоугольные импульсы с максимальной скважностью.
Свет от красного излучателя 6 через фокусирующую систему 9 поступает на вторые концы оптических волокон 3 и, проходя по всей их длине,
доходит до концов, закрепленных в отверстиях 2. Таким образом, несущая поверхность 1 имитирует собой небо со светящимися красными звездами.
Изменение скважности прямоугольных импульсов происходит по программе, заложенной в микропроцессоре 5, таким образом создается эффект мерцания красных звезд.
Аналогичным образом происходит создание зеленых и синих звезд.
Рассмотрим случай, когда необходимо получить разноцветные звезды.
Как указывалось выше, каждый широтно-импульсный модулятор 7 связан с излучателем 6 и обеспечивает длительность его свечения.
Например, если одновременно горят излучатели 6 красного и синего цвета, то на несущей поверхности 1 появляются звезды фиолетового цвета.
Частота мерцания, задаваемая широтно-импульсными модуляторами 7, очень высока и неразличима для глаза, она служит только для управления яркостью. Динамический эффект достигается за счет одновременного свечения излучателей 6 разного цвета.
Например, излучатель 6 красного цвета дает яркость 10% от максимально возможной, излучатель 6 зеленого цвета - 20%, излучатель 6 синего цвета - 70%. С течением времени, зависящем от программы, заложенной в микропроцессоре 5, яркость излучателя 6 красного цвета возрастает с одновременным снижением яркости излучателя 6 синего цвета. В следствие чего получается изменение цвета звезд с голубого на оранжевый.
Аналогичным образом, регулируя яркость каждого излучателя 6, можно получить любой цвет палитры системы цветов RGB, а также эффект плавного перетекания одного цвета в другой.
Если все три широтно-импульсных модулятора 7 будут выдавать минимальную скважность импульсов, то на несущей поверхности 1 при смешении трех цветов будут появляться белые звезды.
В микропроцессоре 5 заложено несколько программ, отличающиеся, например, частотой мерцания и яркостью свечения излучателей 6 - свето-диодов, а также последовательность перетекания цветов звезд один в другой.
Выбрать программу можно с помощью специального устройства выбора программ (на фиг. не показан), содержащимся в устройстве 4.
Устройство декоративного оптоволоконного освещения монтируется следующим образом.
Вырезается несущая поверхность 1 необходимой формы и монтируется в нужном месте. Шилом (на фиг. не показано) протыкаются отверстия 2, в которые пропускаются оптические волокна 3.
Сначала первые концы оптических волокон 3 свисают вниз. Оптические волокна 3 равномерно распределяются и подтягиваются к несущей поверхности. Затем над несущей поверхностью 1 вторые концы оптических волокон 3 собираются в пучок и фиксируются в устройстве 4, которое также закрепляется над несущей поверхностью 1. Таким образом, все крепление скрыто, наружу выводится только устройство для включения устройства декоративного оптоволоконного освещения (на фиг. не показано.), и потребителю видно только звездное небо. В этом случае несущая поверхность 1 совмещает в себе две функции: крепежную - она удерживает оптические волокна и декоративную.
Если несущая поверхность 1 содержит дополнительное полотно (на фиг. не показано), то монтаж устройства декоративного оптоволоконного освещения происходит следующим образом.
Вырезается несущая поверхность 1 необходимой формы и монтируется в нужном месте. Шилом (на фиг. не показано) протыкаются отверстия 2, в которые пропускаются оптические волокна 3. При этом первые концы оптических волокон 3 свисают вниз.
Затем монтируют дополнительное полотно (на фиг. не показано). При этом существует два варианта монтажа: с проколом дополнительного полотна (на фиг. не показано) и без прокола дополнительного полотна (на фиг. не показано).
В варианте с проколом в дополнительном полотне (на фиг. не показано) также как в несущей поверхности 1 выполняют отверстия 2, в которые
вставляют первые концы оптических волокон 3. Далее монтаж производят, как было описано выше. В этом случае несущая поверхность 1 нужна для удержания оптических волокон 3, а дополнительное полотно (на фигуре не показано) выполняет только декоративную функцию. При этом варианте, как и в случае без дополнительного полотна (на фиг. не показано), потребитель видит звездное небо с четко выраженными звездами.
В варианте без прокола дополнительное полотно (на рисунке не показано) просто монтируется. Далее монтаж происходит, как было описано в случае использования несущей поверхности 1 без дополнительного полотна (на фиг. не показано). В этом варианте потребитель видит световой рисунок звездного неба, так как дополнительное полотно (на фиг. не показано) имеет некоторую светопропускную способность.
Предложенное устройство декоративного оптоволоконного освещения позволяет декорировать любые поверхности, например, потолки, стены и т.д., создавать объемные пространства, например, в виде купола, а также дает возможность изучать карту звездного неба.
Данное устройство декоративного оптоволоконного освещения расширяет технологические возможности подобных устройств, так как позволяет создавать не только поверхности с хаотически расположенными звездами, но и в определенном порядке, например, в виде созвездий, светящихся рисунков и т.д.
Кроме того, данное устройство делает возможным создание как белых, так и цветных звезд благодаря наличию цветных излучателей 6, а также позволяет цветам плавно перетекать один в другой благодаря примененной системе управления яркостью свечения излучателей 6 посредством широтно-импульсных модуляторов 7.
Присутствие в устройстве декоративного оптоволоконного освещения микропроцессора 5 позволяет закладывать в устройство режимы, наиболее благоприятные для каждого конкретного потребителя, такие как частота мерцания, порядок свечения разными цветами и т.д.
Все сказанное выше расширяет технологические возможности данного устройство.
Использование в качестве излучателей 6 светодиодов увеличивает срок эксплуатации предложенного устройства декоративного оптоволоконного освещения без их замены, так как срок службы светодиодов порядка 50000 часов, в то время как, например, паспортный срок службы галогенной лампы около 4000 часов, а ксеноновой лампы еще меньше.
Отсутствие в устройстве движущихся частей, таких как вентилятор охлаждения лампы и цветовое колесо с электроприводом, как в прототипе, позволяет избежать возникновения посторонних шумов, которые неблагоприятно действует на потребителя. Эффект, который достигается в прототипе путем использования этого колеса, в предложенном устройстве достигается при помощи цветных светодиодов и электронной системы управления ими.
Все сказанное выше указывает, на то, что поставленная задача решена.