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IT202200023865A1 - Proiettore per la generazione di fasci luminosi ad elevata visibilita' a grandi distanze - Google Patents

Proiettore per la generazione di fasci luminosi ad elevata visibilita' a grandi distanze Download PDF

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IT202200023865A1
IT202200023865A1 IT102022000023865A IT202200023865A IT202200023865A1 IT 202200023865 A1 IT202200023865 A1 IT 202200023865A1 IT 102022000023865 A IT102022000023865 A IT 102022000023865A IT 202200023865 A IT202200023865 A IT 202200023865A IT 202200023865 A1 IT202200023865 A1 IT 202200023865A1
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IT
Italy
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group
output
lens
optical
projector
Prior art date
Application number
IT102022000023865A
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English (en)
Inventor
Alberto Alfier
Aris Quadri
Renato Frison
Original Assignee
Clay Paky S R L
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Publication date
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Description

D E S C R I Z I O N E
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
?PROIETTORE PER LA GENERAZIONE DI FASCI LUMINOSI AD ELEVATA VISIBILITA' A GRANDI DISTANZE?
Campo tecnico
La presente invenzione ? relativa ad un proiettore luminoso. In particolare, la presente invenzione ? relativa ad un proiettore configurato per generare un fascio luminoso ben visibile ad elevate distanze, superiori ad almeno 50 metri.
Proiettori di questo tipo vengono normalmente impiegati per l?illuminazione architettonica o per la generazione di fasci luminosi di segnalazione visibili da grandi distanze.
Ad esempio, proiettori di questa tipologia vengono impiegati per illuminare grattacieli o monumenti.
Stato dell?arte
Normalmente i proiettori di questo tipo comprendono un involucro mobile, all?interno del quale ? disposta una lampada ad elevata potenza associata ad un riflettore ad alta efficienza.
Le lampade normalmente impiegate nei riflettori di questo tipo hanno consumi che si aggirano tra i 5000 e 7000 watt. Ad esempio, le lampade maggiormente impiegate in questa tipologia di riflettori sono le lampade ad arco a gas XENON. Tali lampade sono in grado di produrre una luce molto intensa e ben visibile anche ad elevata distanza.
Tuttavia, le esigenze di contenimento dei consumi energetici contrastano con gli elevati valori di consumo delle lampade di questa tipologia.
Descrizione dell?invenzione
? quindi uno scopo della presente invenzione quello di fornire un proiettore che sia privo degli inconvenienti qui evidenziati dell?arte nota; in particolare, ? uno scopo del trovato quello di fornire un proiettore in grado di generare fasci luminosi visibili a grandi distanze e che consenta di superare gli inconvenienti sopra evidenziati in modo semplice ed economico, sia dal punto di vista funzionale, sia dal punto di vista costruttivo.
In accordo con tali scopi, la presente invenzione ? relativa ad un proiettore comprendente:
un gruppo sorgente comprendente almeno una sorgente luminosa allo stato solido e configurato per generare un fascio luminoso lungo una direzione di emissione;
almeno un gruppo ottico di uscita disposto in modo da intercettare il fascio luminoso emesso dal gruppo sorgente; il gruppo ottico di uscita comprendendo almeno una lente di uscita, la quale ? disposta in modo da essere l?ultima lente che intercetta, almeno in parte, il fascio luminoso; la lente di uscita essendo dimensionata in modo tale che l?efficienza ottica del proiettore sia almeno pari al 90%; in cui per efficienza ottica si intende il rapporto tra l?etendue (EtendueOUT) del fascio in uscita dalla lente di uscita e l?etendue (EtendueSORGENTE)in accordo alla seguente relazione:
EFFICIENZA OTTICA = EtendueOUT/EtendueSORGENTE ?100 Elenco delle figure
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di un suo esempio non limitativo di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui:
- la figura 1 ? una vista schematica prospettica, con parti asportate per chiarezza, di un proiettore secondo la presente invenzione;
- la figura 2 ? una vista schematica in sezione, con parti asportate per chiarezza, di un dettaglio del proiettore di figura 1.
Descrizione di una forma di attuazione dell?invenzione In figura 1 ? indicato con il numero di riferimento 1 un proiettore secondo la presente invenzione.
Il proiettore 1 comprende un involucro 2 e mezzi di sostegno 3 configurati per sostenere l?involucro 2.
I mezzi di sostegno 3 sono preferibilmente configurati per movimentare l?involucro 2 e per consentire all?involucro 2 la rotazione attorno a due assi ortogonali, comunemente detti di PAN e TILT. L?azionamento dei mezzi di sostegno 3 ? regolato da un dispositivo di controllo del movimento (non visibile nelle figure allegate). Il dispositivo di controllo del movimento pu? essere gestito anche da remoto preferibilmente tramite comunicazioni con protocollo DMX.
In accordo ad una variante, i mezzi di sostegno 3 possono essere configurati per sostenere solamente l?involucro 2 senza consentirne la movimentazione.
Con riferimento alla figura 2, l?involucro 2 si estende lungo un asse longitudinale A ed ? provvisto di una prima estremit? 4 chiusa ed una seconda estremit? 5, opposta alla prima estremit? chiusa 4 lungo l?asse A, e provvista di una apertura di proiezione 6. Nell?esempio non limitativo qui descritto ed illustrato, l?apertura di proiezione 6 ha una sezione sostanzialmente circolare. Preferibilmente l?apertura di proiezione 6 ? centrata sull?asse A dell?involucro 2.
Il proiettore 1 comprende inoltre un telaio 9 accoppiato all?involucro 2 (schematicamente rappresentato in figura 2), un gruppo sorgente 10, un gruppo ottico di uscita 12 ed almeno un gruppo ottico di elaborazione 13.
In accordo a varianti non illustrate, il proiettore 1 pu? comprendere un gruppo colore, disposto tra il gruppo sorgente 10 ed il gruppo ottico di elaborazione 13 e/o ulteriori gruppi di elaborazione del fascio.
Il gruppo sorgente 10, il gruppo ottico di uscita 12 ed il gruppo ottico di elaborazione 13 sono rappresentati schematicamente in figura 2.
Il telaio 9 ? solidale all?involucro 2 e comprende una pluralit? di elementi accoppiati tra loro e configurati per definire una struttura di supporto per i componenti disposti all?interno dell?involucro 2, quali il gruppo sorgente 10 ed il gruppo ottico di elaborazione 13.
Il gruppo ottico di uscita 12 ? preferibilmente accoppiato direttamente all?involucro 2 in corrispondenza dell?apertura di proiezione 6. Secondo una variante non illustrata, il gruppo ottico di uscita 12 ? supportato dal telaio 9.
Il gruppo sorgente 10 ? disposto all?interno dell?involucro 2 in corrispondenza dell?estremit? chiusa 4 dell?involucro 2, ? supportato dal telaio 9, e comprende una o pi? sorgenti luminose 18 (rappresentate schematicamente come un unico blocco in figura 2) atte ad emettere uno o pi? fasci luminosi principalmente lungo una direzione di emissione B.
Per direzione di emissione si intende la direzione verso cui si propaga la maggior quantit? di fascio luminoso emesso dalla sorgente o dalle sorgenti luminose 18 del gruppo sorgente 10.
Se il gruppo sorgente 10 comprende pi? sorgenti luminose 18, la direzione di emissione B viene determinata considerando l?asse principale della somma dei fasci luminosi emessi dalle sorgenti luminose 18 che, come vedremo in dettaglio pi? avanti, verranno elaborati in modo da generare un unico fascio luminoso lungo un asse ottico O.
Le sorgenti luminose 18 sono sorgenti allo stato solido (SSL).
Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato il gruppo sorgente 10 comprende una pluralit? di sorgenti luminose 18 di tipo laser.
Ad esempio, il gruppo sorgente 10 pu? essere di tipo LARP (laser activated remote phosphor). Ad esempio, le sorgenti luminose di tipo 18 possono comprendere uno o pi? diodi laser che emettono luce nella lunghezza d?onda del blu ed i cui fasci luminosi sono indirizzati su una superficie di fosforo giallo, il quale, a sua volta, eccitato dalla radiazione incidente, emette una luce bianca. In alternativa il gruppo sorgente 10 pu? comprendere anche diodi laser di diverso colore (Rosso, Verde o Blu).
Preferibilmente, le sorgenti luminose 18 sono contenute all?interno di dispositivi ottici (comunemente denominati Light Engine) necessari per integrare otticamente le singole sorgenti e generare in uscita un fascio luminoso spazialmente omogeneo ed uniformemente distribuito.
All?interno di tali Light Engine, le sorgenti luminose 18 sono preferibilmente disposte su uno stesso piano e sono organizzate sostanzialmente come una matrice. In altre parole, le sorgenti luminose 18 sono disposte lungo file orizzontali e colonne verticali.
Preferibilmente la matrice di sorgenti luminose 18 ? centrata sull?asse longitudinale A dell?involucro 2.
Il gruppo sorgente 10 comprende, inoltre, una piastra di sagomatura 19 del fascio in uscita, la quale ? provvista di una apertura 20, preferibilmente circolare e di raggio RS.
La piastra di sagomatura 19 ? disposta a valle delle sorgenti luminose 18 lungo la direzione di emissione B.
In sostanza, il gruppo sorgente 10 genera un fascio luminoso avente un?area emissiva AS definita dalla sezione di passaggio dell?apertura 20. Il fascio in uscita dal gruppo sorgente 10 ha inoltre un angolo di apertura ?.
Una variante non illustrata prevede che le sorgenti luminose siano LED bianchi o di diverso colore (ad esempio RGB).
Oltre alle sorgenti luminose 18, il gruppo sorgente 10 pu? comprendere una pluralit? di lenti ed elementi ottici associati a rispettive sorgenti luminose.
Il gruppo sorgente 10 cos? definito ? configurato e dimensionato in modo da avere un valore di EtendueSORGENTE superiore ad una determinata soglia.
Nell?esempio non limitativo qui descritto ed illustrato, il valore di EtendueSORGENTE del gruppo sorgente 10 ? determinato dalle dimensioni fisiche (diametro e distribuzione angolare) del fascio uscente dal gruppo sorgente 10.
Nello specifico per Etendue si intende una propriet? della luce in un sistema ottico, definita come il prodotto dell'area della sorgente moltiplicata per l'angolo solido in cui la luce viene emessa; l'Etendue ? un parametro numericamente espresso dalla seguente relazione e indicativo del grado di allargamento del fascio in termini di area circolare e angolo solido:
EtendueSORGENTE=?ASsin(? /2)=[?RSsin(?/2)]^2
Dove:
AS ? l?area emissiva del gruppo sorgente 10 pari alla sezione di passaggio dell?apertura 20 della piastra di sagomatura 19;
? ? l?angolo di apertura che delimita l?angolo solido della luce emessa dal gruppo sorgente 10 in corrispondenza dell?apertura 20 della piastra di sagomatura 19;
In pratica, il parametro ottico EtendueSORGENTE fornisce una indicazione sulla estensione (in termini di area e angolo) del fascio emesso dal gruppo sorgente 10.
Il gruppo ottico di uscita 12 ? disposto in modo da intercettare il fascio luminoso emesso dal gruppo sorgente 10 e comprende una lente di uscita 15, la quale ? disposta in modo da essere l?ultima lente che intercetta, almeno in parte, il fascio luminoso emesso dal gruppo sorgente 10.
Nell?esempio non limitativo qui descritto ed illustrato, il gruppo ottico di uscita 12 comprende la sola lente di uscita 15. Resta inteso che il gruppo ottico di uscita possa comprendere anche altri elementi ottici.
Il gruppo ottico di uscita 12 ? dimensionato in modo da massimizzare l?efficienza del proiettore 1 e ottenere il pi? possibile un tubo di luce con un angolo di uscita del fascio dal proiettore 1 molto basso, preferibilmente vicino allo zero.
In particolare, il gruppo ottico di uscita 12 ? dimensionato in modo da avere una efficienza ottica almeno pari al 90%, preferibilmente pari al 100%.
L?efficienza ottica viene definita come il rapporto tra l?EtendueOUT del fascio in uscita dal proiettore 1 e l?EtendueSORGENTE in accordo alla seguente relazione:
EFFICIENZA OTTICA= EtendueOUT/EtendueSORGENTE ?100
Pertanto, per avere efficienza 100% l?EtendueOUT del fascio in uscita dalla lente di uscita 15 non dovr? essere inferiore all?EtendueSORGENTE.
Considerata la seguente relazione:
EtendueOUT=?Aoutsin(?/2)=[?Routsin(? /2)]^2
e considerate le esigenze di proiezione di un fascio in uscita dal proiettore 1 avente un angolo di uscita ? molto contenuto (<1? e preferibilmente inferiore a 0.5), il diametro DOUT della lente di uscita 15 dovr? essere pari ad almeno 280 mm, preferibilmente 300 mm.
Grazie al dimensionamento sopra descritto, il proiettore 1 secondo la presente invenzione ? in grado di generare un fascio luminoso ad intensit? e luminanza superiore a qualsiasi proiettore finora in commercio e con consumi decisamente contenuti e inferiori a 0.30 kwatt.
Grazie all?elevata efficienza ottica sopra descritta, il fascio luminoso emesso dal gruppo sorgente 10 viene sostanzialmente proiettato senza perdite.
Il proiettore 1, infatti, ? in grado di proiettare un fascio luminoso molto intenso, con un angolo di uscita molto contenuto e visibile da molto lontano.
Preferibilmente, la lente di uscita 15 ? una lente di tipo piano convesso o biconvesso realizzata in plastica (ad esempio PC oppure PMMA) oppure in vetro (ad esempio di tipo Borofloat).
In una possibile derivazione, la lente di uscita 15 potr? essere tipo Fresnel (in plastica oppure in vetro).
Il gruppo ottico di elaborazione 13 ? disposto all?interno dell?involucro 2 tra il gruppo sorgente 10 ed il gruppo ottico di uscita 12 ed ? preferibilmente configurato per mettere a fuoco il fascio incidente sulla lente di uscita 15 e per eventualmente regolare l?angolo di emissione ? del fascio luminoso in uscita dal proiettore 1.
Il gruppo ottico di elaborazione 13 comprende almeno una lente focus 17 mobile tra diverse posizioni lungo l?asse.
Resta inteso che il gruppo ottico di elaborazione 13 possa comprendere anche pi? di una lente, accoppiate in modo da ottenere l?effetto di messa a fuoco desiderato.
Preferibilmente, il gruppo ottico di elaborazione 13 ? mobile lungo l?asse A per regolare la messa a fuoco dell?immagine proiettata. In particolare, il gruppo ottico di elaborazione 13 ? mobile lungo l?asse A tra una prima posizione operativa ed una seconda posizione operativa in modo tale da permettere di modificare l?angolo di emissione ? del fascio in uscita dal proiettore 1 (da un valore minimo ? ad esempio di 0.57? - ad un valore massimo ? ad esempio 10?).
Preferibilmente, il gruppo ottico di elaborazione 13 ? accoppiato ad un carrello mobile sul telaio 9 lungo l?asse A (non illustrati per semplicit?).
La posizione della lente focus 17 ? regolata da un dispositivo di controllo dei mezzi di elaborazione del fascio (non visibile nelle figure allegate). Il dispositivo di controllo degli elementi di elaborazione del fascio pu? essere gestito anche da remoto preferibilmente tramite comunicazioni con protocollo DMX.
1. Il dimensionamento della lente finale 15 ottenuto mediante le relazioni indicate, impone delle dimensioni assiali dell?involucro 2 non trascurabili. In particolare, l?involucro 2 ha una lunghezza assiale superiore a 500mm.
Risulta infine evidente che al proiettore qui descritto possono essere apportate modifiche e varianti senza uscire dall?ambito delle rivendicazioni allegate.

Claims (11)

RIVENDICAZIONI
1. Proiettore comprendente:
? un gruppo sorgente (10) comprendente almeno una sorgente luminosa (18) allo stato solido e configurato per generare un fascio luminoso lungo una direzione di emissione (B);
? almeno un gruppo ottico di uscita (12) disposto in modo da intercettare il fascio luminoso emesso dal gruppo sorgente (10); il gruppo ottico di uscita (12) comprendendo almeno una lente di uscita (15), la quale ? disposta in modo da essere l?ultima lente che intercetta, almeno in parte, il fascio luminoso; la lente di uscita (15) essendo dimensionata in modo tale che l?efficienza ottica del proiettore (1) sia almeno pari al 90%; in cui per efficienza ottica si intende il rapporto tra l?etendue (EtendueOUT) del fascio in uscita dalla lente di uscita (15) e l?etendue (EtendueSORGENTE)del gruppo sorgente (10)in accordo alla seguente relazione:
EFFICIENZA OTTICA= EtendueOUT/EtendueSORGENTE ?100
2. Proiettore secondo la rivendicazione 1, in cui la lente di uscita (15) ? dimensionata in modo tale che l?angolo di emissione (?) del fascio luminoso in uscita dalla lente finale (15) sia inferiore a 1?.
3. Proiettore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la lente di uscita (15) ha un diametro (Dout) superiore a 280 mm, preferibilmente 300 mm.
4. Proiettore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la lente di uscita (15) ? una lente Fresnel.
5. Proiettore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la lente di uscita (15) ? una lente di tipo piano convesso o biconvesso.
6. Proiettore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la lente di uscita (15) ? realizzata in plastica oppure in vetro.
7. Proiettore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui il gruppo sorgente (10) comprende, una piastra di sagomatura (19) del fascio in uscita, la quale ? provvista di una apertura (20), preferibilmente circolare; la piastra di sagomatura (19) essendo disposta a valle dell?almeno una sorgente luminosa (18) lungo la direzione di emissione (B); l?Etendue (EtendueSORGENTE) del gruppo sorgente (10) essendo definita dalla seguente relazione:
EtendueSORGENTE=?ASsin(? /2)=[?RSsin(?/2)]^2
Dove
AS ? l?area emissiva del gruppo sorgente (10) e pari alla sezione di passaggio dell?apertura (20) della piastra di sagomatura (19);
? ? l?apertura che delimita l?angolo solido della luce emessa dal gruppo sorgente (10) in corrispondenza dell?apertura (20) della piastra di sagomatura (19).
8. Proiettore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, comprendente un involucro (2) provvisto di un?apertura di proiezione (6); il gruppo sorgente (10) essendo alloggiato nell?involucro (2) ed il gruppo ottico di uscita (12) essendo disposto in corrispondenza dell?apertura di proiezione (6).
9. Proiettore secondo la rivendicazione 8, comprendente un gruppo ottico di elaborazione (13) disposto tra il gruppo sorgente (10) ed il gruppo ottico di uscita (12) all?interno dell?involucro (2).
10. Proiettore secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui l?involucro (2) ? mobile.
11. Proiettore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 10, in cui l?involucro (2) si estende lungo un asse longitudinale (A); l?involucro (2) avendo una lunghezza assiale superiore a 500 mm.
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