Гобо-проектор

Полезная модель относится к области оптической техники, в частности к проекторам и устройствам проецирования изображений на поверхности реальных объектов, и может быть использована для проецирования изображений с осветительной, информационной, рекламно-информационной, декоративно-осветительной или развлекательной целью.
Практически все виды проекторов изображений содержат в своем составе проекционный объектив, источник света (построенный преимущественно на светодиодах), оптическую сборку для формирования луча светодиода (конденсор). Примерами таких конструкций могут быть SU 1679461 А [Диаскопический проектор для мультипликационных изображений. Заявка №4745470/10 от 03.10.1989, МПК G03B 13/14, опублик.: 23.09.1991 Бюл. 35], RU 2667346 С1 [Способ проецирования изображения на поверхности реальных объектов, патентообладатели: Горбенко П.А., Гоголь М.В., заявка №2017121860 от 22.06.2017. МПК G09F 19/18, G03B 23/14, опубл.: 18.09.2018 Бюл. №26].
Более современные типы проекторов имеют дополнительные элементы и узлы, позволяющие расширить и усовершенствовать функции проекционной техники.
Так, обеспечение регулирования яркости светового потока проектора рассмотрено в RU 2248025 С2 [Светодиодный проектор и способ предоставления информации на экране, патентообладатель: Марков В.Н., заявка №2002118226/28 от 09.07.2002, МПК G03B 21/00, G02F 1/13, опубл.: 10.03.2005 Бюл. 7].
Динамическое вращение изображения в слайд-проекторе раскрыто в CN 204044494 U от 24.12.2014 [Slide projector, патентообладатель: MIANYANG HUIGUANGXU TECHNOLOGY CO LTD, заявка CN 201420409510 U от 24.07.2014, МПК G03B 23/00]; US 2011051097 A1 от 03.03.2011 [Slide projector, патентообладатель: GEMMY IND CORP, заявка US 20090551401 от 31.08.2009, МПК G03B 21/14].
Конструкция магнитного держателя слайдов, применяемая в проекторах, приведена в GB 2105868 A от 30.03.1983 [Improvements relating to film/slide holders, патентообладатель INFOSCAN LIMITED [GB], заявка GB 19810027740 от 15.09.1981, МПК G03B 21/64].
Использование в проекторе светодиодного источника света, установленного на теплоотводящем радиаторе с естественным или принудительным охлаждением известно из RU 96265 U1 [Проекционная система (варианты), правообладатель патентообладатель 20], а варианты исполнения данного технического решения отражены в RU 2014101720 А от 13.06.2012 [конв. приоритет: 22.06.2011 JP 2011-138236; 14.03.2012 JP 2012-056945, заявитель СЕЙКО ЭПСОН КОРПОРЕЙШН (JP), МПК G03B 21/20, 27.07.2015 Бюл. №21], RU 2307382 С1 [Проектор изображения со светоизлучающим диодом в качестве источника света, конв. приоритет: 08.10.2004 TW 093130524, патентообладатель: Премьер Имидж Текнолоджи корп.(CN), заявка №2005124470 А от 01.08.2005, МПК G03B 12/21, 20.02.2007 Бюл. №5], US 4018520 А от 19.04.1977 [Projector focusing mechanism, патентообладатель: GAF CORPORATION, заявка US 19750568155 от 15.04.1975, МПК G03B 21/20], RU 2548616 С1 [Проектор, конв. приоритет: 11.01.2011 JP 2011-003362, патентообладатель: СЕЙКО ЭПСОН КОРПОРЕЙШН (JP), заявка №2013137418/28 от 19.12.2011, МПК G03B 12/16, H04N 9/31, 20.04.2015 Бюл. №11].
Конструкция зеркала с возможностью изменения угла наклона, используемого для отражения информации от гобо-проектора на плоскость, освещена RU 194296 U1 [Фонарь-проектор, патентообладатель: Закиров Т.Ю., заявка №2019131272 от 04.10.2019, МПК G09F 19/12, 05.12.2019 Бюл. №34].
Различные виды крепежа, применяемые в корпусе проектора, продемонстрированы в RU 2014101720 А [Проектор, конв. приоритет: 22.06.2011 JP 2011-138236; 14.03.2012 JP 2012-056945, патентообладатель: СЕЙКО ЭПСОН КОРПОРЕЙШН (JP), заявка от 13.06.2012, МПК G03B 21/12, опубл.: 27.07.2015 Бюл. №21].
Наиболее близким к заявленному техническому решению является осветительное устройство для создания световых эффектов [RU 27187 Ш, патентообладатель: ООО "Уренгойгазпром" ОАО "Газпром", МПК F21V 5/02, заявка №2002116820/20 от 01.07.2002, опубл.: 10.01.2003 Бюл. №1], включающее корпус, сканирующее зеркало с системой управления, источник света с рефлектором, систему принудительного охлаждения, систему управления и контроля, светопреобразующую систему, систему оптических эффектов (призмы), систему для проецирования статических и вращающихся "gobo" трафаретов, систему изменения диаметра луча, корректирующий световой фильтр, систему изменения мощности светового потока, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит систему формирования изображения отражающего типа с разделяющими призмами; отражательную оптическую систему; систему управления, приема, обработки и передачи видео и графической информации; систему для считывания информации; носитель информации.
Недостатком данного технического решения является ограниченная область применения из-за отсутствия защитных приспособлений, обеспечивающих работу проектора в любых погодных условиях в течение длительного времени.
Техническим результатом полезной модели является создание многофункциональной конструкции гобо-проектора, защищенной от погодных воздействий, влекущее за собой расширение области использования гобо-проектора при сохранении качества воспроизводимого изображения.
Технический результат достигается тем, что гобо-проектор включает в себя корпус, представляющий собой цельнотянутый алюминиевый профиль, с внешними и внутренними рейлинговыми направляющими, сквозными отверстиями для крепления панелей, внешним теплоотводящим оребрением, прокладками из силикона или резины, передней панелью, задней панелью, и с размещенными внутри него
жесткой рамой с зафиксированными неподвижными частями шариковых направляющих,
ответной частью для установки дополнительного объектива с нанесенной на внутреннюю поверхность резьбой, фиксируемой в корпусе с помощью стопорного винта фиксации через силиконовую прокладку, подвижными частями шариковых направляющих,
рамкой с объективом, закрепленной на подвижной части шариковых направляющих,
рамкой с линзой для масштабирования изображения, закрепленной на подвижной части шариковых направляющих,
источником питания с функцией изменения яркости светодиода, закрепленным винтовым соединением либо на вытяжные заклепки в корпусе либо с внешней стороны корпуса,
блоком шторок, установленным по центру оптической оси между объективом и конденсором и состоящим из шторок, расположенных между передней и задней прижимными пластинами, скрепленными соединительными винтами с надетыми на них пружинами для сжатия шторок между собой,
рамкой с установленными на ней модулем двухосевой коррекции изображения и магнитным держателем слайда, закрепленной посредством винтов на стенках жесткой рамы неподвижной части шариковых направляющих,
магнитным держателем слайда, помещенным в модуле двухосевой коррекции изображения и состоящим из алюминиевого кольца, наклеенного изнутри силиконового кольца, неодимовых магнитов, запрессованных по диаметру кольца, распорной пружины для фиксации слайда, и ручки для снятия и поворота магнитного держателя слайда, прикрученной к магнитному держателю слайда,
модулем двухосевой коррекции изображения, устанавливаемым между конденсором и объективом на латунных или металлических стойках и представляющем собой два металлических кольца, причем меньшее по диаметру кольцо расположено внутри большего по диаметру, с подпружиненными винтами регулировки модуля, расположенными на кольцах, с осевым наклоном по X и Y относительно оптической оси, конденсором, содержащим комплект линз, помещенных в алюминиевый корпус, состоящий из подвижной и неподвижной частей, совмещенных посредством резьбового соединения, закрепленным в корпусе с помощью винтов,
светодиодным источником света, включающим размещенные на медной подложке световую СОВ матрицу белого либо RGBW свечения, контакты для подключения питания, отверстия для фиксации, разъем для подключения внешнего термодатчика, мощностью от 1 до 2000 Вт, цветовой температурой от 2900 до 15000 К, индексом цветопередачи от 70 до 99,
теплоотводом от источника света, выполненным в виде цельнотянутого профиля с оребрением, выполненным из алюминиевых или медных сплавов с шагом ребра не менее 5 мм,
жидкостным охлаждением, выполненным в виде приемной медной пластины, к которой крепиться светодиодный источник света и медные трубки в форме буквы U, L либо прямой с жидкостным наполнением, проходящие через алюминиевые пластины, при этом медные трубки крепятся к медной пластине через термопроводящую пасту, и зажимаются винтовым соединением, клапанами выравнивания давления, установленными в верхней и нижней частях корпуса с помощью резьбового соединения и включающими в свой состав запорную эластичную мембрану с микроотверстиями и силиконовое или резиновое уплотнительное кольцо,
отклоняющего зеркала на двух осевом подвесе, закрепленного на фиксированной плоскости либо моторизированном приводе по двум осям и покрытого снаружи или изнутри алюминиевой или серебряной амальгамой,
термостатами, представляющими собой замкнутые колбы с двумя биметаллическими контактами внутри и установленными на алюминиевом радиаторе с помощью винтов,
щеточным узлом, состоящим из электродвигателя щетки, установленного на жесткой раме корпуса посредством винтов и подключенного к автономному либо штатному блоку питания, одетого на вал электродвигателя щетки подпружиненного основания, обеспечивающего прижим щетки к стеклу, щетки, закрепленной в подпружиненном основании щетки, датчиков положения щетки, установленных на плате управления рядом с электродвигателем щетки,
защитным стеклом с подогревом, размещенным под углом к объективу и закрепленным на передней части корпуса с помощью термостойкого силиконового клея-герметика, двух контактов для подключения к блоку питания, проводов, соединяющих два контакта защитного стекла с подогревом с блоком питания, два биметаллических термостата для контроля нагрева и защиты от перегрева.
Дополнительно гобо-проектор может включать в свой состав:
заслонку в виде алюминиевой пластины, надеваемую на вал электродвигателя и по форме, перекрывающую окно вращающегося диска, находящееся в фокусе объектива,
дополнительный вентилятор, прикрепляемый к теплоотводу от источника света с помощью винтового соединения,
дополнительный объектив с фиксированным фокусным расстоянием с нанесенной на внешнюю поверхность объектива резьбой,
моторизованный диск смены изображений, включающий в свой состав электропривод, закрепленный на неподвижной станине по оптической оси после конденсора, вращающийся диск с окнами, равномерно расположенными по кругу относительно центра диска, надетый на вал электропривода, слайды, зафиксированные с помощью распорных колец или силиконовых колец, накрученных на винты диска, датчик контроля поворота моторизованного диска, установленный рядом с осью мотора,
узел вращения слайда, состоящий из основной шестерни, установленной в подшипник на алюминиевое кольцо магнитного держателя слайда, распорной пружины, расположенной внутри основной шестерни, приводящей шестерни, находящейся в зацеплении с основной шестерней и расположенной на валу электродвигателя узла вращения слайда, и электродвигателя узла вращения слайда,
электродвигатель, размещенный на промежуточной пластине между объективом и конденсором и закрепленный латунных стойках, с установленным на валу стеклянным диском с рифленым покрытием,
электродвигатель, размещенный на промежуточной пластине между объективом и конденсором и закрепленный латунных стойках, с установленным на валу стеклянным диском с нанесенным на него изображением,
электродвигатель, размещенный на промежуточной пластине между объективом и конденсором и закрепленный латунных стойках, с установленным на валу диском с цветными дихроичными фильтрами, размещенными по кругу относительно центра этого диска,
RGBW светодиод.
Щетка щеточного узла может быть выполнена из резиновых или силиконовых материалов, а также иметь ворсистое покрытие. В качестве электродвигателя щетки используют двигатели с редуктором с напряжением от 1 до 220 В или шаговые с электронным управлением. Датчики положения щетки могут быть выполнены электрическими или механическими.
В магнитном держателе слайда может использоваться резьбовой прижим слайда.
Передача вращения от электродвигателя узла вращения слайда на алюминиевое кольцо магнитного держателя слайда может быть выполнена с помощью ременной передачи или посредством эластичных пассиков. Основная шестерня со слайдом может быть установлена на салазки.
Отклоняющее зеркало на двух осевом подвесе может иметь внутреннее напыление.
Жидкостное охлаждение может быть выполнено:
в виде центрального жидкостно-наполненного пустотелого герметичного цилиндра из меди с круговым оребрением алюминиевыми пластинами относительно центральной оси цилиндра, снабженного пробкой для залития жидкости и обеспечения герметичности цилиндра,
в виде алюминиевых радиаторов с фрезерованными канавками, установленных в канавках и скрепленных с алюминиевыми радиаторами с помощью винтов медных трубок с жидкостным наполнением, и приемной медной пластины, к которой крепиться светодиодный источник света.
Раскрытие полезной модели
Основные модули гобо-проектора показаны на фигуре 1, где 1 - щеточный узел, 2 - защитное стекло с подогревом, 3 - объектив, 4 - линза для масштабирования изображения, 5 - источник питания с функцией изменения яркости светодиода, 6 - блок шторок, 7 - магнитный держатель слайда, 8 - модуль двухосевой коррекции изображения, 9 - конденсор, 10 - светодиодный источник света, 11 - теплоотвод от источника света, 12 - жидкостное охлаждение, 13 - клапан выравнивания давления, 14 - отклоняющее зеркало на двух осевом подвесе, 15 - термостат.
Конструкция щеточного узла 1 для автоматической очистки защитного стекла гобо-проектора от грязи, пыли, снега и дождя показана на фигуре 2.
Она состоит из электродвигателя щетки 18, установленного на жесткой раме корпуса посредством винтов и подключенного к автономному блоку питания, щетки 17, которая закреплена в подпружиненном основании 19 и может быть выполнена из резины, силикона либо иметь ворсинки, подпружиненного основания 19, одетого на вал электродвигателя щетки 18 и обеспечивающего прижим щетки к защитному стеклу с подогревом 2. Электродвигатель щетки 18 поворачивает щетку 17 от одного крайнего положения к другому. Очистка запускается при включении гобо-проектора и осуществляется в течение короткого времени, после чего щетка 17 перемещается в крайнее положение, чтобы не мешать прохождению луча.
Управление щеткой 17 может осуществляться как по встроенной программе, так и от внешних устройств. При необходимости можно обеспечить подачу жидкости на защитное стекло с подогревом 2 с помощью помпы во время работы щетки 17. Жидкость может браться из резервуара, либо накапливаться от внешних осадков. Для защиты водяной системы от морозов устанавливают термостат, который блокирует включение помпы при достижении отрицательных температур, либо используют спиртосодержащий незамерзающий раствор. Датчики положения щетки 16 могут быть электронными или механическими и предназначены для определения количества взмахов и местоположения щетки. Управление щеткой 17 может быть осуществляться автоматически при включении прибора к сети питания, или от внешнего цифрового, либо GSM сигнала. В качестве электродвигателя щетки 18 используют электродвигатели с редуктором и с напряжением от 1 до 220 Вольт или шаговые двигатели с цифровым управлением.
На фигуре 3 защитное стекло с подогревом 2 установлено под углом 20÷25 градусов, чтобы убирать эффект двоения изображения при использовании узко градусной оптики (от 5 до 35 градусов), так как при прохождении света через стекло часть света отражается обратно в корпус. При установке защитного стекла с подогревом 2 под углом происходит отражение луча в сторону Угол наклона при этом подбирается индивидуально исходя от диаметра оптики объектива 3.
Подогрев защитного стекла с подогревом 2 обеспечивает защиту от снега и дождя.
Токопроводящее нагревательное покрытие 21 (показано на фигуре 4) на основе оксинитрида титана напыляют по краям стекла, что не препятствует прохождению света из проектора. Также на защитном стекле с подогревом 2 расположены контакты 20 для подключения проводов от блока питания.
Объектив 3 (фигура 1) подбирается исходя из требований к размеру изображения и возможной дистанции установки. Объектив 3 может быть как короткофокусный, так и длиннофокусный, состоять из множества линз в алюминиевом корпусе и одиночных большого диаметра.
Для установки оптики с фиксированным углом раскрытия (см. фигуру 5), на объектив 3 нанесена внешняя резьба для оперативной замены на объектив с другим фокусным расстоянием. Объектив 3 вкручивается в кольцо с внутренней резьбой 22, закрепленное на корпусе и фиксируется стопорным винтом 24 через силиконовую прокладку 23, защищающую резьбу от деформации. Шаг резьбы на объективе 3 подбирается исходя из требований точности позиционирования. Подобная установка позволяет производить быструю замену объектива 3 и точно настроить резкость изображения.
Для изменения размера проецируемого изображения в большую или меньшую сторону между объективом 3 с фиксированным фокусным расстоянием и слайдом 25 помещена линза для масштабирования изображения 4 (показано на фигуре 6).
Источником питания с функцией изменения яркости светодиода 5 (диммирования), закрепленным винтовым соединением в корпусе, управляют путем подачи внешнего аналогового или цифрового сигнала управления (в том числе GSM-сигналом), или регулировкой на самом источнике питания с функцией изменения яркости светодиода 5. Данная функция необходима при инсталляции большого количества проекторов для обеспечения равномерной засветки поверхности. Размещение источника питания с функцией изменения яркости светодиода может быть как в составе модулей гобо-проектора, так и отдельно от него.
Блок шторок 6 для формирования геометрии луча предназначен для кадрирования луча путем перемещения шторок. На фигуре 7 показана конструкция блока шторок 6, включающая лепестки шторки 26 из нержавеющей стали толщиной от 0,1 до 0,5 мм, прижимную пластину 27 из алюминия или стали, задняя прижимная пластина 28 из алюминия или стали, соединительный винт 29 с надетой на него пружиной для обеспечения подвижности шторок и их прижима.
На фигуре 8 приведен пример воспроизведения изображения с помощью блока шторок 6: гобо-проектор 30 висит на столбе 31 под углом 45 градусов к дорожному полотну. Передвигая шторки, очерчивают контур пешеходного перехода 32, тем самым подсвечивают световым лучом 33 только нужную зону.
Магнитный держатель слайда 7 предназначен для упрощения установки и оперативной замены слайда 25 с изображением в гобо-проектор. Конструкция, изображенная на фигуре 9, состоит из алюминиевого кольца 35, нескольких неодимовых магнитов 36, запрессованных по диаметру в кольцо 35 и распорной пружины 34 для фиксации слайда 25. Как вариант, может быть использован резьбовой прижим слайда 25. Алюминиевое кольцо 35 вставляется в металлическую ответную часть 37 по одной оси с оптической группой.
Во избежание самостоятельной прокрутки слайда внутри кольца из-за перепада температур, на внутреннюю часть алюминиевого кольца 35 наклеивается тонкое силиконовое кольцо, оно не дает слайду скользить. Для удобства установки магнитного держателя слайда к нему прикручивается ручка, за которую удобно извлекать магнитный держатель слайда (на фигуре 9 не показаны).
Модуль двухосевой коррекции изображения 8 предназначен для исправления резкости изображения на поверхности при установке гобо-проектора под углом, обеспечения равномерной резкости на переднем и дальнем крае изображения. Он состоит из двух металлических колец с осевым наклоном по X и Y, причем меньшее по диаметру кольцо расположено внутри большего по диаметру кольца, с расположенными на кольцах подпружиненными винтами регулировки наклона по оси X 38 и по оси Y 39 (см. фигуру 10). В центре размещен магнитный держатель слайда 7.
Принцип действия модуля двухосевой коррекции изображения 8 заключается в том, что, вращая подпружиненные винты 38, 39, происходит наклон слайда 25 относительно оптической оси, что позволяет получить резкое изображение по всей поверхности в вертикальном либо горизонтальном положение.
Установка оптики с оптическим масштабированием выполнена на базе шариковых направляющих, отображенных на фигуре 11. Шариковые направляющие 40 позволяют плавно перемещать оптику вдоль оптической оси, обеспечивая точную регулировку размера изображения. Направляющие 40 обеспечивают параллельное перемещение объектива 3 и линзы для масштабирования изображения 4 (на фигуре 11 не отображены). Неподвижные части направляющих и рамка магнитного держателя слайда 7 зафиксированы на стенках жесткой рамы корпуса 43, а рамки объектива 41, линзы 42 закреплены на подвижной части шариковых направляющих.
Конденсор 9 предназначен для фокусирования светового потока от светодиодного источника света 10 на поверхность слайда 25 либо проекционного окна, с последующей передачей во вторичную оптику (объектив либо сборка с функцией масштабирования). Представляет собой оптическую сборку для формирования луча светодиода с изменяемой высотой. Это комплект линз, установленных после светодиодного источника света 10 и устанавливаемых как отдельно друг от друга, так и в общем корпусе. Принцип действия и конструкция заключаются в следующем: конденсор 9 может использовать несколько линз (как правило, две или три), первая линза собирает основной свет и передает его вторую и третью линзу, после чего световой поток из рассеянного преобразуется в направленный, благодаря этому увеличивается световой поток. Диаметр первичной линзы подбирается в зависимости от размера матрицы на светодиодном источнике света 10, чем больше размер матрицы, тем больше должна быть принимающая линза.
Конденсор 9, показанный на фигуре 12, имеет подвижную 44 и неподвижную 46 части, соединенные посредством резьбового соединения 45, позволяющего перемещать его на разную высоту от светодиодного источника света 10. Выкручивая подвижную часть 44 по резьбе, можно изменять расстояние от чипа светодиода до первой линзы конденсора, благодаря чему изменяется фокусное расстояние конденсора 9 до объектива 3, что в свою очередь позволяет достичь максимальной эффективности при использовании объективов с разным фокусным расстоянием.
На фигуре 13 изображен светодиодный источник света 10, изготавливаемый по технологии СОВ (chip-on-board) и представляющий собой размещенные на медной подложке 48 для передачи тепла на теплоотвод от источника света 11 световую СОВ матрицу 47, контакты для подключения питания 49, отверстия для фиксации 50, разъем для подключения внешнего термодатчика 51, предназначенного для контроля температуры на светодиодном источнике света 10. Светодиод может иметь как белый свет излучения, так и использовать комбинированный чип 52 с несколькими цветными кристаллами, например RGB (Красный, Зеленый, Синий) или RGBW (Красный, Зеленый, Синий, Белый). Таким образом, при изменении яркости отдельных цветов можно получить любой цветовой оттенок.
Особенностью светодиодного источника света 10 является высокая светоотдача и малый размер кристалла. Это необходимо для лучшего сбора светового потока конденсором 9 вследствие чего уменьшается размер конденсора и вторичной оптики, а это ведет к общему уменьшению размера гобо-проектора.
Характеристики светодиодного источника света: мощность от 1 до 2000 Вт, цветовая температура от 2900 до 15000 K, индекс цветопередачи CRI от 70 до 99.
Клапан выравнивания давления 13, показанный на фигуре 14, представляет собой пробку с воздуховодными каналами 54 и запорной эластичной мембраной 53 и предназначен для отвода избыточного давления, возникающего от испарения водяного конденсата, появляющегося при изменении температуры окружающей среды с 0 до минус 1°С (эффект точки росы). Образовавшееся в корпусе давление воздействует на эластичную мембрану, вытягивая ее, при этом раскрывается микроотверстия в мембране и воздух выходит через него, при этом мембрана не пропускает воздух с улицы в корпус гобо-проектора. Клапаны выравнивания давления 13 ввинчены в верхнюю и нижнюю части корпуса с помощью резьбового соединения 55 через силиконовое или резиновое уплотнительное кольцо 56, поскольку гобо-проектор может работать в разном положении. Это обеспечит максимально быстрый сброс давления, потому что горячий воздух всегда поднимается вверх.
Отклоняющее зеркало на двух осевом подвесе 14 устанавливается под углом относительно луча гобо-проектора и позволяет перенаправлять луч по осям X и Y (показано на фигурах 15, 16). Отклоняющее зеркало на двух осевом подвесе 14 должно иметь верхнее покрытие амальгамой во избежание вторичного переотражения от поверхности, что может привести к двоению изображения на поверхности. Также может быть использовано отклоняющее зеркало на двух осевом подвесе 14 с внутренним напылением, но толщина стекла не должна превышать 0,2 мм. Система наклона отклоняющего зеркала на двух осевом подвесе 14 может быть как ручная, так и моторизированная с внешним управлением.
Теплоотвод от источника света 11 подбирают исходя из мощности светодиода и требуемого размера гобо-проектора.
В заявленной конструкции гобо-проектора используют теплоотводы от источника света 11 двух типов: пассивного (см. на фигуре 17) и активного (см. на фигуре 18). В пассивном исполнении теплоотвод представляет собой цельнотянутый профиль с оребрением из алюминиевых или медных сплавов, закрепленный на поверхности медной подложки светодиодного источника света 10. Шаг ребер при этом должен составлять не менее 8 мм, что позволяет пыли не застревать в профиле. Активный теплоотвод построен на базе пассивного с добавлением наружного вентилятора, закрепленного винтами на каркасе цельнотянутого профиля.
Жидкостное охлаждение 12 в гобо-проекторе также реализовано в нескольких вариантах исполнения.
В первом варианте используют центральный жидкостно-наполненный пустотелый цилиндр из меди с круговым оребрением алюминиевыми пластинами относительно центральной оси цилиндра, общий вид показан на фигуре 19. Более подробно конструкция приведена на фигуре 20, где 48 - медное основание для установки источника света, 57 - медный герметичный цилиндр с жидкостью внутри, 58 - медная стружка, 59 - направление движения пара, 60 - направления отвода тепла на алюминиевые ребра, 61 - алюминиевые ребра, 62 - пробка для залития жидкости и создание герметичности цилиндра.
Принцип работы конструкции жидкостного охлаждения 12 следующий. При нагреве зоны медного основания для установки источника света 48 жидкость (вода или этиловый спирт) внутри цилиндра превращается в пар и поднимается кверху по пути, отдавая тепло на стенки с алюминиевыми ребрами 61, по мере охлаждения пар превращается обратно в жидкость и по стенкам с покрытием из медной стружки 58 стекает вниз (медная стружка нужна для разделения жидкой фракции от парообразной), после чего процесс повторяется. Конструкция очень эффективна для пассивных систем охлаждения, эффективно работает при отрицательных температурах внешнего воздуха. Количество жидкости в цилиндре составляет не более 5% от объема цилиндра вследствие чего при работе в отрицательных температурах не произойдет расширение и повреждения конструкции охлаждения. Также в качестве жидкости рекомендуется использовать этиловый спирт 90%, его температура замерзания составляет минус 70°С.
Использования одного центрального цилиндра с жидкостным наполнением в качестве теплообменника диаметром от 10 до 50 мм обеспечивает равномерный прогрев и отвод тепла на алюминиевые ребра.
Второй вариант охлаждения гобо-проектора представлен конструкцией охлаждения на медных трубках с жидкостным наполнением и алюминиевым оребрением.
Данная конструкция охлаждения состоит из приемного медного основания для установки источника света 48 и система медных трубок с жидкостным наполнением 63, проходящих через алюминиевые пластины 64 (на фигуре 21).
Для обеспечения наилучшей теплопередачи используют медные трубки с толщиной стенки 0,3 мм, что позволяет обеспечить хороший контакт при сжатии трубки между медным основанием для установки источника света 48 (тонкая стенка позволяем меди легко принимать форму пазов основания) и ответной накладкой из меди, притянутой винтами из нержавеющей стали. В большинстве коммерческих изделий трубки запрессовывается в алюминиевое основание для уменьшения стоимости изделия, но это приводит возникновению коррозии между медью и алюминием при работе на открытом воздухе. В данном варианте исполнения соединяют медь с медью и покрывают термопастой с высоким коэффициентом передачи тепла 8,5 Вт/(м-K), это обеспечивает защиту меди в месте соединения от внешних агрессивных факторов. Также наносят защитную краску черного цвета с частицами металлов для защиты всего радиатора от коррозии.
Медная трубка с жидкостным наполнением 63, изогнутая в форме буквы U, фиксируют к медному основанию для установки источника света 48 через термопроводящую пасту, при нагреве от светодиодного источника света 10 жидкость в трубке начинает испаряться и устремляется вверх, забирая с собой тепло от светодиода, и проходя через алюминиевые ребра 64, пар внутри трубки охлаждается и преобразуется в жидкость, после чего по стенкам трубки стекает вниз и процесс повторяется.
Также возможен третий вариант комбинированного охлаждения, показанный на фигуре 22. Данная конструкция сочетает в себе классический радиатор (алюминиевые ребра 61) и медные трубки с жидкостным наполнение 63. Вместо напрессованных алюминиевых пластин на трубки с помощью винтов крепят алюминиевые радиаторы с фрезерованными канавками под трубки, которые фиксируют к медному основанию для установки источника света 48.
Комбинированное охлаждение позволяет производить ремонт и замену любой его части, так как все элементы соединены с помощью винтов и защитной термопасты. Для увеличения теплосъема применяется дополнительный вентилятор, из-за небольшой высоты конструкции и шагу ребра в радиаторе более 8 мм, что позволяет избавиться от пыли между ребрами, обеспечивает длительный срок эксплуатации без обслуживания. Размер элементов конструкции, количество трубок подбирается исходя мощности светодиода и требуемых размеров корпуса.
Электромеханическая защита на базе термостата 15, представляет собой замкнутую колбу с двумя биметаллическими контактами 64, 65 внутри (обозначены на фигуре 23). При достижении рабочей температуры биметаллические контакты 64, 65 могут замыкаться или размыкаться, тем самым защищая светодиод светодиодного источника света 10 от перегрева.
В отличие от систем на базе микропроцессоров, данное техническое решение обладает высокой стабильностью при работе гобо-проектора, так как не имеет в конструкции элементов, зависимых от температуры окружающей среды (таких как кварц и микроконтроллер). Также не требуется установка дополнительных коммутационных реле, поскольку термостат 15 может коммутировать нагрузку до 16 Ампер.
На фигуре 23 показан внешний вид термостата 15, встроенного в теплоотвод от источника света 11, представляющий собой алюминиевый радиатор, светодиодного источника света 10 и имеющего в своем составе нормально разомкнутый 64 (для включения вентилятора охлаждения 66 при достижение рабочей температуры светодиода) и нормально замкнутый 65 (для защиты от перегрева в случае выхода из строя вентилятора) контакты.
Описание способа подбора температуры срабатывания термостата 15.
Необходимо прогреть радиатор до рабочей температуры, затем подключить измеритель температуры к светодиоду, а второй измеритель установить на место, где будет располагаться термостат. Когда температура на светодиоде подниматься до 85 градуса по Цельсию (критическая температура для работы светодиода), произвести замер температуры на втором термодатчике, полученная температура будет являться номинальной для срабатывания термозащиты.
Такая же процедура применяется для термостата 15 на включение вентилятора 66, но контрольная температура составляет 45°С. Данное решение необходимо при работе гобо-проектора в отрицательных диапазонах температур, активное охлаждение не будет работать в случае, если температура на светодиоде не поднимется выше порога включения термостата.
Корпус гобо-проектора, приведенный на фигуре 24, имеет цельнотянутый алюминиевый профиль 67 с рейлинговыми направляющими 68, 71 для установки внутренних компонентов и крепежных изделий, и внешним теплоотводящим оребрением 73. Марка алюминия подбирается исходя требуемых прочностных характеристик, размер профиля, количество сквозных крепежных отверстий 72 и рейлинговых направляющих 68, 71 подбирается исходя из мощности гобо-проектора. Форма профиля может быть любой.
Конструкция профиля 67 позволяет использовать его для любого гобо-проектора, дает возможность объединять несколько профилей в одно изделие, а также позволяет отделить оптическую часть гобо-проектора от жидкостного охлаждения 12 и при этом обеспечить герметичность отдельных модулей. Внешние рейлинговые направляющие 68 позволяют устанавливать в них стандартные болты с шестигранной головкой 69 и свободно перемещать их по длине профиля с последующей фиксацией на опорной раме либо любом крепежном изделии для установки гобо-проектора на поверхность. Рейлинговые направляющие 71 позволяют устанавливать монтажные пластины 70 с источниками питания, платами управления и т.д. Сквозные крепежные отверстия 72 предназначены для фиксации лицевых, промежуточных, задних панелей прибора. Внешнее теплоотводящее оребрение 73 позволяет отводить внутреннее тепло, образованное светодиодным источником света 10 или жидкостным охлаждением 12 (форма, размещение, длина ребер подбирается исходя их мощности гобо-проектора).
На фигуре 25 показан пример классической сборки корпуса для гобо-проектора. В профиль 67 помещаться оптические элементы, источник питания с функцией изменения яркости светодиода 5 и жидкостное охлаждение 12 гобо-проектора (на фигуре 25 не показаны). Затем устанавливается эластичная прокладка 75 из силикона или морозостойкой резины для обеспечения герметичности гобо-проектора. Винтами фиксации 77 прикручивается задняя 76 и передняя панель 74 с объективом 3, таким образом, чтобы эластичная прокладка 75 равномерно сжалась между передней панелью 74 и профилем 67.
Пример совмещения нескольких профилей в одном гобо-проекторе с помощью разделительной панели 78 показан на фигуре 26.
Далее рассмотрены приспособления, позволяющие менять изображение, воспроизводимое гобо-проектором, для использования заявленного технического решения в разных сферах деятельности и с разными целями.
На фигуре 27 показано вращение слайда относительно центра изображения.
Вращение слайда 25 необходимо для создания визуального эффекта вращения изображения относительно оси проекции по принципу вращения стрелок часов и обеспечивается электродвигателем узла вращения слайда 79, находящимися в зацеплении основной шестерней 81, установленной в подшипник, и приводящей шестерней 80. Электродвигатель узла вращения слайда 79 передает вращающий момент на шестерню 81 с слайдом 25. Направление и скорость вращения устанавливается контроллером или могут быть фиксированными в случае использования асинхронных либо щеточных электродвигателей с редуктором. Управление осуществляется как от проводного контроллера, так и от внешних цифровых и аналоговых сигналов. Передачу вращения могут осуществлять на шестернях или на эластичных пассиках 82, а также на зубчатых ремнях. Для быстрой смены изображения шестерня 81 с слайдом 25 устанавливается на салазки, что позволяет производить замену слайда вне гобо-проектора, в более комфортных условиях.
Моторизированная система смены изображений для гобо-проектора приведена на фигуре 28. На вал электропривода 83 устанавливается диск с окнами 85, равномерно расположенными по кругу относительно центра. Количество устанавливаемых слайдов зависит от диаметра диска. По команде от собственного микроконтроллера, либо от внешнего аналогового или цифрового сигнала происходит поворот диска с окнами 85 на заданный угол, тем самым происходит смена изображения на следующее согласно программе. Контроль поворота диска с окнами 85 осуществляется оптическим датчиком, магнитным датчиком или микровыключателем. Время показа изображения устанавливается платой управления либо внешним сигналом. Скорость смены изображений зависит от типа электродвигателя и установок управляющего программного обеспечения. Смена направления изменения изображения определяется программным обеспечением, встроенным в плату управления. Слайд фиксируется с помощью распорной пружины 34 (на фигуре 28 не показана) или отрезком силиконовой трубки, накрученной на винты, приведенные на фигуре 28.
Создание визуального эффекта движущейся воды осуществляют с помощью модуля гобо-проектора, показанного на фигуре 29. На вал электропривода 83 устанавливается стеклянный диск с рифленым покрытием 86, световой луч из конденсора 9 проходит через стекло 86 и преломляется на рифленых выступах диска, создавая визуальный эффект воды, передаваемый затем на объектив 3. Для достижения большего эффекта может быть использован диск с цветными фильтрами 87, размещенными по кругу диска для добавления цвета, RGBW светодиод либо дополнительные модули, такие как моторизированная смена изображений, одиночный слайд 25 с изображением или шторки для формирования луча.
На фигуре 30 изображен диск с рифленой текстурой для создания эффекта движущейся воды.
На фигуре 31 продемонстрирован финальный эффект с применением цветного фильтра.
Помимо стеклянного диска с рифленой текстурой в гобо-проекторе могут быть использованы анимационные диски для создания эффекта летящих в плоскости изображений, таких как снег, дождь, птицы и т.д. (см. фигуру 32). В этом случае, на вал электропривода 83 устанавливается стеклянный диск с нанесенным на него изображением 88 (звезды, снежинки, и т.д.), который может быть выполнен как из стекла с зеркальным напылением, так и из металла. Электропривод 83 вращает стеклянный диск с нанесенным на него изображением 88, который при вращении одной стороной проходит через проекционное окно между конденсором 9 и объективом 3, тем самым создавая эффект падения снега либо любого другого эффекта, нанесенного на стеклянный диск с нанесенным на него изображением 88. В дополнение к диску с эффектом можно установить диск с цветными фильтрами 87 и блок шторок 6. Визуальная скорость падения снега зависит от скорости вращения электродвигателя, Рекомендуемая скорость должна составлять от 0,1 до 2 об/мин. Управление вращением производиться механическим пультом или внешним аналогово-цифровым сигналом.
В конструкции гобо-проектора, в тех случаях, когда проекция производиться на торец дома либо узкую поверхность, используют механическую или аналоговую заслонку 89, которая закрывает луч из конденсора 9, после чего происходит смена слайда диска с окнами 85 и заслонка открывается, пропуская свет на изображение (показано на фигуре 33). В случае отсутствие заслонки свет при смене изображения будет выходить за пределы торца стены, попадая в окна жилых домов. Заслонка 89 представляет собой алюминиевую пластину, перекрывающую оптическую ось рядом с точкой фокуса объектива 3. Движение заслонки производит шаговый электродвигатель 90 по внешнему цифро-аналоговому сигналу в соответствии с программой управляющего контроллера либо от внешнего цифро-аналогового сигнала.
Заслон изображения может быть реализован путем изменения яркости светодиода 10 через программное управление. Перед сменой слайда контроллер подает команду «погасить светодиод» на диммируемый источник питания, после чего происходит смена слайда и затем светодиод снова зажигается.
Пример сборки гобо-проектора на основе алюминиевого профиля с рейлинговыми направляющими и оребрением.
Сборка гобо-проектора начинается со сборки оптической части показана на фигуре 34. На теплоотвод от источника света 11, представляющий собой алюминиевый профиль или медные пластины с трубками, устанавливается СОВ светодиод через термопроводящую пасту с помощью винтового соединения. Далее сверху устанавливают конденсор 9 посредством резьбового соединения и затем крепят промежуточную пластину 91 с помощью винтов к теплоотводу от источника света 11.
Для фиксации оптических модулей вставляют латунные либо металлические стойки 92 в теплоотвод 11.
Затем на латунные или металлические стойки 92 надевают модуль двухосевой коррекции изображения 8 (показано на фигуре 35) с магнитным держателем слайда 7.
На фигуре 36 продемонстрировано, как на резьбовые кончики латунных или металлических стоек 92 накручивают второй комплект стоек 93 и устанавливают следующий модуль конструкции аналогичным способом.
Таким образом, все модули гобо-проектора внутри корпуса устанавливают на латунные или металлические стойки либо рейтинговые направляющие.
На фигуре 37 показан держатель объектива 3 с резьбой и винтовым фиксатором, представляющим собой кольцо с внутренней резьбой 22, который устанавливают на переднюю панель 74 с помощью винтов.
Далее готовый модуль двухосевой коррекции изображения 8 с теплоотводом от источника света 11, выполненным из алюминия либо меди, и вентилятором вставляют в корпус 67, на винты к корпусу 67 прикручивают переднюю панель 74 с закрепленным на ней объективом 3.
В соответствии с фигурами 38, 39 соединяют алюминиевый корпус 67 с корпусом 94, вставляют в пазы 95 разделительные пластины для отделения входящего и исходящего воздушного потока. Далее с помощью винтов устанавливают заднюю крышку 76, соединяя ее с корпусом 94.
На фигуре 40 приведен результат сборки - готовый корпус, состоящий из двух изолированных отсеков 67 и 94.
Для установки опорной ноги на гобо-проектор в рейлинговые направляющие 68 помещают шестигранные болты 69 (см. фигуру 41).
На фигуре 42 показана установка опорной ноги 96 на болты 69 и фиксация их гайками либо барашками 97.
Остальные модули могут устанавливать по необходимости между конденсором 9 и объективом 3.
Клапаны выравнивания давления 13 устанавливают на алюминиевый корпус на передней и задней части гобо-проектора.
Также объектив 3 могут устанавливать внутри корпуса на рейлинговые направляющие и защищать внешним защитным стеклом с подогревом 2, расположенным под углом относительно передней панели гобо-проектора.
Отклоняющее зеркало на двух осевом подвесе 14 может крепиться на переднюю панель гобо-проектора с помощью направляющих и винтов.
Моторизированный привод устанавливается после конденсора 9 и фиксируется через стойки к теплоотводу от источника света 11.
Источник питания с функцией изменения яркости светодиода 5 устанавливается на корпус в нижней части либо снаружи гобо-проектора.
Щеточный узел 1 крепиться на переднюю панель гобо-проектора с помощью винтов на защитное стекло с подогревом 2.
Полезная модель относится к многофункциональным конструкциям и может быть использована для освещения, разметки, нумерации, например: автомагистралей, пешеходных переходов, домов, улиц, аллей, парков, скверов, железнодорожных станций, платформ и мостов, второстепенных, водных пространств, придомовой зоны, игровых площадок, кортов, стадионов (для разметки данных объектов), также для освещения и проекции внутри помещений.