СПОСОБ ЛАЗЕРНОГО ПРОЕЦИРОВАНИЯ
METHOD OF LASER PROJECTION

Изобретение относится к способам лазерного проецирования и может быть использовано для создания световых статических и динамических лазерных проекций на различных поверхностях, например, для создания лазерного шоу - оригинального зрелища, в котором главным средством воздействия на зрителя являются разные изображения, создаваемые при помощи разноцветных лучей, фигур и т.п.
Известен СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЦВЕТНЫХ КАРТИН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ (патент изобретение РФ №2593618, Опубликовано: 10.08.2016 Бюл. №22). Способ получения цветного изображения с помощью дифракционной решетки при воздействии света включает в себя создание на поверхности твердого тела массива дифракционной решетки в течение процесса микроструктурирования посредством воздействия лазера. Излучение лазера является излучением лазерной установки в наносекундном или пикосекундном диапазоне. Каждый массив дифракционной решетки состоит из подобластей, продольные размеры которых имеют значение, меньшее, чем разрешающая способность человеческого глаза. Каждая подобласть содержит, по крайней мере, один пиксель. Указанный один пиксель обеспечивает получение отдельного спектрального цвета. При этом способ дополнительно содержит этап анализа указанной поверхности твердого тела для получения на этой поверхности решетчатой формы, причем перед созданием дифракционной решетчатой поверхности поверхность твердого тела регулируют с учетом полученных требований к форме тела. Изображение не является сложным, уникальным и неповторимым.
Известен СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГОЛОГРАММ (патент на изобретение РФ №2130632, Опубликовано: 20.05.1999) с использованием техники экспонирования пленочной подложки или другого светочувствительного средства для получения последовательных двухмерных изображений, которые в совокупности являются представительными для трехмерной системы, предназначенной для создания трехмерной голограммы физической системы. Использованы малые отношения пучков для наложения множества (20-300) изображений на подложку. Каждое изображение является относительно слабым, однако комбинация серий слабых изображений в конечном счете приводит к созданию единственно четкой определенной голограммы. Проекция не имеет возможности бесконечно видоизменяться, масштабироваться и т.д.
Известен СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ЛАЗЕРНЫХ МНОГОЦВЕТНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ И ЛАЗЕРНЫЙ ПРОЕКТОР ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ (патент на изобретение РФ RU (11) 2116703 (13) С1; Опубликовано: 27.07.1998 МПК H04N 9/31 (1995.01)) позволяют получить крупномасштабные лазерные графические изображения, в которых яркость, цветность и количество элементов полностью идентичны исходному компьютерному изображению. Лазерные изображения строят независимым, поэлементным и дискретным позиционированием лазерных пучков трех основных цветов (красного, зеленого, синего) в плоскости наблюдения при помощи акусто-оптических дефлекторов, входящих в схему лазерного проектора, на основании управляющих электрических сигналов, подаваемых программным устройством. Процесс образования лазерного изображения контролируется программным устройством в соответствии с программой преобразования информации, содержащейся в исходном графическом компьютерном изображении. Технический результат - преобразование и дистанционное воспроизведение при помощи лазерного проектора статистических и динамических многоцветных компьютерных изображений в многоцветокрупномасштабные (>10×10 м) лазерные изображения, соотношение яркости, градаций цветовых оттенков и количества элементов которых соответствует исходному компьютерному изображению. К основным недостаткам можно отнести стоимость и необходимость применения дорогостоящего оборудования.
Известен принцип работы лазерной графики (источник: http://www.laservr.ru/index.php/lazernoe-shou/stati-lazernoe-shou/kak-ispolzovat-lazernoe-shou. Опубликовано 2017 г. ). Для того, чтобы спроецировать лазерное изображение, два контролируемых компьютером зеркала наводят луч на экран. Сначала луч отражается от одного зеркала, двигающегося горизонтально, а затем попадает на зеркало двигающееся вертикально. Компьютер точно соединяет точки, переводя зеркала из одного положения в следующее настолько быстро, что наблюдатель видит целый контурный рисунок. Данный процесс называется "Сканирование", а контролируемые компьютером зеркала -гальванометрами или сканерами. Сканеры двигаются от точки к точке со скоростью до 60,000 точек в секунду. Вследствие физических ограничений существенно быстрее двигаться они не могут. Скорость сканирования определяет, насколько сложное изображение может быть спроецировано. (Для детализации изображения может быть использован второй комплект сканеров). Прерывание луча (исключение ненужных ходов траектории движения лазерного луча) осуществляется путем непосредственного модулирования лазера. Контурная лазерная графика не позволяет добиться сложного, так называемого эффекта северного сияния.
Наиболее близкое техническое решение, выбранное в качестве прототипа - способ применение лазерных проекционных систем для создания статических или динамических, как привило, музыкально-синхронизированных, лучевых композиций в пространстве зрительской аудитории (т.н. «beamshow") или графических изображений на экране («screen show»). В качестве объекта локализации изображения может быть использована любая светорассеивающая среда, например, стена здания, рельеф местности, отражающий или полупрозрачный экран (выдержка из статьи «Краткая история применения лазеров в искусстве, рекламе и шоу-индустрии". Лазер информ выпуск №5-6(404-405), март 2009. А.С. Тимофеев (к.т.н., ген. директор Orion-Art Multimedia, Москва).
Лучевые композиции в пространстве так же сильно сокращены в своих возможностях, как и предыдущие аналоги. Лишь дым/воздух проходящий сквозь лазерные плоскости в пространстве создает неповторимый рисунок, характер которого всегда одинаков.
Технический результат создание лазерной проекции с заданными свойствами по форме, детализации, яркости, статики или динамики за счет нового способа лазерного проецирования, с применением лазерного устройства, установленного на штативе, электрического вращающегося стола (турнетки), объекта преломления, установленного на нем и плоскости проецирования проекции.
Технический результат достигается следующим образом.
Способ лазерного проецирования, включающий применение не менее одного лазерного устройства, не менее одной плоскости проецирования, по изобретению,
между лазерным устройством и плоскостью проецирования располагают объект преломления, установленный на вращающуюся электрическую турнепсу, выполненную с возможностью изменения высоты и угла наклона вращения объекта преломления,
лазерное устройство, устанавливают на штатив, выполненный с возможностью регулировки по высоте и угла направления лазерного луча относительно объекта преломления,
включают лазерное устройство,
лазерный луч проходит через объект преломления,
после прохождения через объект преломления, лазерный луч преломляется и проецируется на плоскость, установленную напротив лазера,
при выключенной турнетке в результате прохождения лазерного луча сквозь объект преломления на плоскости создается статическая проекция,
при вращающейся турнетке в результате прохождении лазерного луча сквозь объект преломления на плоскости создается динамическая проекция,
регулировкой высоты, угла наклона штатива и турнетки, расстоянием между штативом и объектом преломления, расстоянием между объектом преломления и плоскостью, а также скоростью вращения турнетки, достигается лазерная проекция с заданными свойствами по форме, детализации, яркости, статики или динамики.
В качестве объекта преломления может быть использован прозрачный предмет с гранями или резьбой.
Для достижения максимальной яркости проекции в качестве объекта преломления используют полый или тонкостенный предмет.
Объект преломления закреплен на турнетке.
В качестве плоскости может быть использован светлый и гладкий материал. Для регулировки высоты проекции штатив и турнетка могут быть дополнительно установлены на основание (стол, подиум и т.д.).
Лазерные проекции видны как в полной темноте, так и в освещенном пространстве.
При отсутствии освещения проекции максимально яркие, в освещенном пространстве яркость теряется, но достигается мистический эффект, так как лазер все равно виден. Самая слабая яркость проекции наблюдается днем, (солнце в зените). В это время лазер лучше не использовать, лучше дождаться сумерков или пасмурной погоды, либо рассвета. Иными словами для дневных проекций рекомендуется средняя степень освещения. Лазерные проекции могут быть созданы и вне помещений.
Инсталляция (искусство) - форма современного искусства, пространственная композиция, созданная из различных элементов и являющая собой художественное целое (источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/Инсталляция: отредактирована 30.05.2014 г.).
Техническое решение поясняется чертежом и фотографиями, где
на фиг. 1 - схема лазерной проекции (общий вид);
на фиг. 2 - фото лазерной установки;
на фиг. 3 - фото штатива, на который крепится лазер;
на фиг. 4 - фото электрической турнетки;
на фиг. 5 - фото объектов преломления;
на фиг. 6 - фото лазерной проекции в полной темноте;
на фиг. 7 - фотографии полученных проекций (объект преломления - рюмка на ножке);
на фиг. 8 - фотографии полученных проекций (объект преломления - подсвечник).
На фигурах выполнены следующие обозначения: лазерное устройство - 1, штатив -2, объект преломления - 3, электрическая вращающая турнепса - 4, плоскость проецирования - 5.
Способ лазерного проецирования реализуется следующим образом.
Промышленный лазер мощностью от 2 Вт до 3,5 Вт с длиной волны от 445 нм до 650 нм (фиг. 2) устанавливается на штативе с гибкими ножками (фиг. 3).
Напротив лазера устанавливается электрическая турнепса с зафиксированным на ней под определенным углом объектом преломления на расстоянии от 5 мм до 15 см в зависимости от формы предмета.
Гладкая светлая плоскость устанавливается перпендикулярно оси, проходящей вдоль лазера и турнетки. Мощность лазера, высота и угол наклона лазерного луча, и функция электрической турнетки задаются таким образом, что бы обеспечивалось создание инсталляции с заданными свойствами: форма, детализация, яркость, статика или динамика.
Динамика инсталляции достигается за счет функций электрической турнетки (пример на фиг. 5): регулировка амплитуды вращения от 0 оборотов в минуту, возможность изменения скорости вращения в процессе создания инсталляции, реверсивность.
Лазерный луч промышленного лазера, установленного на штативе, проходит через объект преломления в виде прозрачного предмета с гранями или резьбой (объект), установленный электрическую турнетку. После прохождения через объект, лазерный луч преломляется и проецируется на плоскости установленной напротив лазера. В результате прохождения лазерного луча сквозь объект создается статическая инсталляция. При прохождении лазерного луча сквозь объект, установленный на вращающуюся электрическую турнетку, создается динамическая инсталляция.
Объект преломления представляет собой прозрачный, преимущественно хрустальный, причем полый или тонкостенный от 1 мм до 10 мм толщиной, предмет, выполненный граненым или с линзообразной резьбой. Причем, толщина объекта преломления, характеристики граней или резьбы, а также качество плоскости, на которую преломляется лазер от объекта, влияет на свойства создаваемой инсталляции.
Оптимальная мощность лазеров (с заводской или ручной фокусировкой): красный: 650 нм 2 Вт; синий: 445 нм 3,5 Вт.
Именно эта мощность позволяет создать яркую проекцию средних размеров не в полной темноте.
Возможность регулировать угол излучения лазера (с помощью штатива), например, штатив с гибкими ногами для того что бы регулировать угол и положение лазера относительно объекта преломления;
Для создания инсталляций используются следующие способы манипуляции штативом: резкое или медленное изменение угла проекции - ручной изгиб ноги штатива или приподнятые ножек штатива.
Примерный угол наклона лазерного модуля на штативе по отношению к горизонтали колеблется от 2-45 градусов (это связано с тем, что стол, используемый дополнительно, обычно стандартной высоты и проекцию необходимо создавать выше метра с учетом преломления уже по факту; в потолок светить не приходилось -работать/смотреть не удобно).
Минимальное расстояние от начала лазерного луча до предмета преломления: - от 5 мм до 15 см в зависимости от формы предмета.
Опытным путем установлено, что для яркости изображения лучше всего, чтобы лазер как можно раньше начинал преломляться сквозь объект и не терял своей мощности впустую (единственное, нужно что бы при вращении предмет не задевал лазерную установку).
Минимальное расстояние от объекта преломления до плоскости проецирования: оптимальным для мощности, описанной выше является расстояние от 2-3 метров и до 10 метров в сумерках или темноте (днем 2-3 метра). Это расстояние, при котором проекция раскрывается и выглядит наиболее эффектной.
Опытным путем установлено, короткое расстояние между инсталляцией и плоскостью для проекции выглядит менее эффектно, нежели с дистанцией 2 м и более.
Плоскость для проецирования - светлый и гладкий материал: лазерная проекция содержит в себе очень высокую резкость, яркость и детализацию, поэтому лучшей плоскостью для нее является гладкая светлая поверхность (светло-серый или белый цвет).
Эксперименты подтвердили, что черный цвет делает проекцию тусклее из-за свойств цвета, более того, черная ткань очень легко прожигается, исключением может стать твердый темный материал, так как он просто не будет портиться, но проекция все равно будет бледнее, чем на светлом фоне.
Расширенная возможность переключения скорости вращения турнетки: амплитуда составляет от 0 оборотов в минуту.
Для создания инсталляций используются следующие варианты способа лазерного проецирования: манипулируя турнеткой: проекция без вращения, дрожание (пальцами создаю легкую вибрацию диска, на котором стоит предмет - постукивание), прокручивание предмета рукой лево-право, включение-выключение, переключение скорости (плавное или резкое), прокручивание на одной скорости (турнетку можно двигать при необходимости по столу, ее собственный вес 3,3 кг позволяет более точно регулировать взаимное расположение частей инсталляции).
Расположение предмета преломления на турнетке: разнообразие динамических проекций возникает даже при совсем малозаметном смещении центра объекта относительно центра вращения турнетки.
Хрусталь - приоритетный материал для преломления: на сегодняшний день самый доступный материал для экспериментов с яркой проекцией является хрусталь - стекло, которое обладает повышенной плотностью, прозрачностью, лучепреломляемостью и блеском (высокие значения показателя преломления и дисперсии).
В редких случаях используется стекло обыкновенное, еще реже - боросиликатное, художественное и стекло с нацветом. Единственной причиной может быть уникальная форма.
Особенности формы предмета преломления - тонкостенный хрусталь: для того, что бы проекция была максимально яркой и красивой необходимо, что бы предмет был полым или тонкостенным от 1 мм до 10 мм (исключения бывают редко, если попадается в руки уникальная форма по силуэту или по структуре - гравировке, резке).
Это нужно еще для того, что бы сфокусированные лучи не попадали в глаза зрителя. Для безопасности применяется ширма, которая устанавливается перед лазерным модулем, что бы загораживать лучи, отражающиеся в сторону зрителей.
Важно понимать, что вид лазерной проекции создается не только с помощью характера узора и формы предмета, но очень важен масштаб.
ПРИМЕР ПРЕДМЕТОВ-ОБЪЕКТОВ ПРЕЛОМЛЕНИЯ:
Рассмотрим предметы с точки зрения геометрии, что из себя представляет объект и что будет, если лазер пройдет сквозь указанные части объекта (сверху вниз).
I. Рюмка на ножке (производитель СССР).
Габариты: ширина - 4,5 см, высота - 13 см.
Пример полученной проекции представлен на фотографиях (фиг. 7).
1. Геометрический лучевой узор на теле варщения, напоминающем перевернутый усеченный конус-чашу: ромбы, треугольники, линии, многогранники (борозды треугольного сечения, полость чаши гладкая);
2. Ножка рюмки - шестигранная в сечении;
4. Сопряжение ножки в усеченным конусом-чашей;
5. Сопряжение ножки и дискообразной базы ножки.
II. Подсвечник (производитель СССР).
Габариты: ширина - 8 см, высота -15,5 см.
Пример полученной проекции представлен на фотографиях (фиг. 8).
1. Цилиндрическая чаша, сопряженная с полусферой (снаружи гладкая, внутри ребристая, ребра в сечении линзообразные);
2. Полая сфера (снаружи гладкая, внутри ребристая, ребра в сечении линзообразные);
3. Усеченный конус-ножка (снаружи гладкая, внутри ребристая, ребра в сечении линзообразные);
4. Сопряжение чаши и сферы.
Дополнительные детали техники проецирования:
Для фиксации объекта преломления под определенным углом к турнетке могут быть использованы липучки (faber-castell TACK-IT).
Для того, что бы добиться новых визуальных сочетаний могут быть использованы несколько объектов преломления на турнетке, одновременно преломляющих лазер и несколько программируемых лазерных проекторов.
Перед началом работы объект преломления рекомендуется протирать - чем он чище, тем ярче проекция.