ITMN20060018A1

ITMN20060018A1 - LIGHT PROJECTOR ABLE TO MODIFY DYNAMICALLY THE APPARENT SHAPE OF SUBJECTS / OBJECTS MOVING IN FRONT OF IT

Info

Publication number: ITMN20060018A1
Authority: IT
Inventors: Carlo Alberto Paterlini
Original assignee: Carlo Alberto Paterlini
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2007-09-17
Also published as: EP1835223A1

Description

Descizione dell'invenzione industriale dal titolo: Description of the industrial invention entitled:

PROIETTORE DI LUCE IN GRADO DI MODIFICARE DINAMICAMENTE LA FORMA APPARENTE DI SOGGETTI/OGGETTI IN MOVIMENTO POSTI DAVANTI AD ESSO. LIGHT PROJECTOR ABLE TO DYNAMICALLY MODIFY THE APPARENT SHAPE OF MOVING SUBJECTS / OBJECTS POSED IN FRONT OF IT.

DESCRIZIONE: DESCRIPTION:

Prefazione: E' noto da almeno 40 anni l'utilizzo di speciali lampade allo Xenon che innescate in modo ripetitivo con frequenza variabile da circa 1 Hz a 15 Hz "congelano" i movimenti di soggetti che stanno ballando o sono semplicemente in movimento. Tali effetti sono comunemente denominati "STROBO" , nome derivato da "Luci Stroboscopiche". Il principio di tale "congelamento" è molto semplice ed intuitivo. Infatti è noto che la durata dell'impulso luminoso di tali lampade è dell'ordine di poche decine di microsecondi. In un tempo così breve , qualsiasi oggetto anche in forte movimento, risulta all'occhio umano completamente fermo (tipo flash usato per le fotocamere). La rapida successione di tali lampi darà come risultato un movimento a scatti la cui ampiezza è inversamente proporzionale alla frequenza di scansione utilizzata. D'ora in avanti le parole "lampo" e "flash" sono da intendersi come sinonimi e stanno ad indicare un forte ma breve bagliore di luce. Preface: It has been known for at least 40 years the use of special Xenon lamps that are triggered in a repetitive way with a variable frequency from about 1 Hz to 15 Hz "freeze" the movements of subjects who are dancing or are simply in motion. These effects are commonly referred to as "STROBE", a name derived from "Stroboscopic Lights". The principle of this "freezing" is very simple and intuitive. In fact it is known that the duration of the light pulse of such lamps is of the order of a few tens of microseconds. In such a short time, any object, even in strong motion, is completely still to the human eye (such as flash used for cameras). The rapid succession of these flashes will result in a jerky movement whose amplitude is inversely proportional to the scanning frequency used. From now on, the words "lightning" and "flash" are to be understood as synonyms and indicate a strong but short flash of light.

Descrizione del trovato: L'invenzione proposta si basa su un principio simile a quello descrìtto nella prefazione ma totalmente diverso nell'effetto finale. La luce emessa non è infatti uniformemente distribuita come nell'originale ma invece sagomata in modo che ad ogni flash successivo, essa non illumini lo spazio già illuminato dal flash precedente. In pratica un'alternanza di immagini (sagome) che non illuminano mai lo spazio occupato dalla sagoma precedente o successiva. Prendiamo come esempio la soluzione più semplice che proietta dei flash sagomati a strìsce verticali in cui luce ed ombra hanno dimensioni uguali. Ad ogni successivo flash , luce ed ombra vengono scambiati. Tra i vari flash il tempo di ripetizione è fissato in 30 millisecondi. Description of the invention: The proposed invention is based on a principle similar to that described in the preface but totally different in the final effect. The light emitted is in fact not uniformly distributed as in the original but instead shaped so that with each subsequent flash, it does not illuminate the space already illuminated by the previous flash. In practice, an alternation of images (shapes) that never illuminate the space occupied by the previous or next shape. Let's take as an example the simplest solution that projects flashes shaped with vertical strips in which light and shadow are equal in size. With each successive flash, light and shadow are exchanged. Between the various flashes, the repetition time is fixed at 30 milliseconds.

In TAV 1 è mostrata una bacchetta bianca orizzontale T in rapido movimento verticale. Nell'istante a) la bacchetta T è illuminata dal flash che illumina le zone F1,F3,F5,F7.Dopo 30 millisecondi la bacchetta T in movimento si troverà nella posizione mostrata in b) e sarà resa visibile dal successivo flash ma questa volta le zone illuminate della bacchetta T saranno F2,F4,F6,F8. In TAV 1 a horizontal white rod T is shown in rapid vertical movement. In the instant a) the wand T is illuminated by the flash that illuminates the F1, F3, F5, F7 zones.After 30 milliseconds the moving wand T will be in the position shown in b) and will be made visible by the next flash but this time the illuminated areas of the T wand will be F2, F4, F6, F8.

Ora prima di descrìvere il risultato mostrato in c) è necessario fare una piccola premessa: l'occhio umano presenta specialmente nella Now before describing the result shown in c) it is necessary to make a small premise: the human eye presents especially in the

centrale della retina una permanenza d'immagine di circi 30-40 millisecondi Vale a dire che se due immagini vengono visualizzate alternativamente ad una frequenza uguale o superiore a 25 fps, l'occhio umano le percepirà come "continue" cioè senza interruzioni. Le immagini cinematografiche e televisive sono il miglior esempio di come è stata utilizzata questa proprietà. Torniamo alla descrizione del trovato. Il modo in cui l'occhio umano (osservatore) percepirà l'immagine della bacchetta T in movimento sarà quello mostrato in c); ovvero la bacchetta T sembrerà spezzata nei punti coincidenti con le sagome dei flash. Inoltre imponendo una successione dei flash minore di 50 millisecondi , l'mmagine sarà percepita in modo "naturale" ovvero in modo abbastanza continuo, rendendo l'effetto ancora più efficace diversamente dall'effetto stroboscopico tradizionale tipicamente a scatti. Un'altra "variante" è determinata dalla durata intrìnseca di ciascun flash. Nell'esempio sopra descrìtto si è assunto un tempo istantaneo di luce di poche decine di microsecondi ma nella pratica , aumentando tale tempo ad alcuni millisecondi, si otterrà un effetto più sfumato simile ad una fotografia mossa. E' quindi possibile affermare che il trovato, a differenza di qualsiasi effetto luminoso creato fino ad oggi, MODIFICA dinamicamente la forma apparente dei soggetti/oggetti in movimento illuminati, visti da un osservatore ed in TEMPO REALE. central retina an image permanence of about 30-40 milliseconds That is to say that if two images are displayed alternately at a frequency equal to or greater than 25 fps, the human eye will perceive them as "continuous" ie without interruptions. Film and television images are the best example of how this property was used. Let's go back to the description of the invention. The way in which the human eye (observer) will perceive the image of the moving rod T will be that shown in c); that is, the T wand will seem broken in the points coinciding with the shapes of the flashes. Furthermore, by imposing a succession of flashes of less than 50 milliseconds, the image will be perceived in a "natural" way or rather continuously, making the effect even more effective, unlike the traditional stroboscopic effect typically jerky. Another "variant" is determined by the intrinsic duration of each flash. In the example described above, an instantaneous time of light of a few tens of microseconds has been assumed but in practice, by increasing this time to a few milliseconds, a more nuanced effect similar to a blurred photograph will be obtained. It is therefore possible to state that the invention, unlike any light effect created to date, dynamically MODIFIES the apparent shape of the subjects / objects in motion illuminated, seen by an observer and in REAL TIME.

Alcuni esempi di realizzazione pratica. Some examples of practical implementation.

Per rendere più comprensibile la fattibilità di tale effetto, verranno proposte alcune applicazioni sia con lampade a luce continua, "modulando" la luce meccanicamente, sia utilizzando lampade allo xenon (stroboscopiche). Tali applicazioni vanno considerate dei semplici esempi e non costituiscono le sole realizzazioni possibili (vedi rivendicazioni). To make the feasibility of this effect more understandable, some applications will be proposed both with continuous light lamps, "modulating" the light mechanically, and using xenon lamps (stroboscopic). Such applications are to be considered as simple examples and are not the only possible embodiments (see claims).

ESEMPIO 1 (TAV 2) EXAMPLE 1 (TAV 2)

Per questo esempio è necessario fare riferimento alla Tavola 2. Trattasi di un semplice proiettore di luce simile a quelli che si possono trovare nei teatri,discoteche e pubs. L'elemento sorgente di luce LA1 di questo esempio è rappresentato da una lampada a scarica tipo HMI 575. Questo tipo di lampada non può emettere lampi di luce anzi ,una volta innescata va mantenuta attiva con una corrente costante mediante un ballast. Quindi per creare l'effetto flash (strabo) .viene utilizzato un disco rotante metallico R1 provvisto di due aperture A1-A2 . Le dimensioni di tali aperture modificano la durata dei flash. La ruota R1 gira ad una velocità di 1000 giri/minuto. Il piccolo motore MR1 che aziona R1, ingloba un motoriduttore che trasferisce mediante un perno sul retro dello stesso, una rotazione 300 volte più lenta rispetto alla rotazione primaria (300:1). Attaccata a quest'ultimo perno vi è un'altra ruota R2 che quindi ruoterà anch'essa 300 volte più lenta rispetto ad R1. Su R2 sono praticate mediante taglio al laser 300 feritoie posizionate a mò di raggi di R2. la loro apertura sarà uguale alla distanza tra una ferritoia e la successiva. In pratica aperture e chiusure hanno uguali dimensioni. Mediante un semplice calcolo matematico è facile dimostrare che ad ogni semigiro di R1, la posizione delle ferritoie di R2 si scambierà con quella delle zone opache determinando così un'alternanza di luci ed ombre sincronizzate al passaggio di A1-A2 davanti al fascio di luce, come richiesto dall'invenzione stessa. Le aperture regolabili A1-A2 su R1 provvedono a creare la sequenza dei flash aventi un periodo di circa 30 millisecondi come richiesto dal trovato. Infine un comune obiettivo LE1 con opportuna focale, provvederà al trasferimento dell'immagine di R2 verso i soggetti/oggetti in movimento da illuminare. Va notato che l'effetto finale di questo assemblato potrà produrre solo flash aventi durata minima di alcuni millisecondi(regol abile dall'apertura di A1-A2). Pertanto la "deformazione" dei soggetti in movimento risulterà più sfumata rispetto a quella dell'esempio successivo .simile ad una serie di fotogrammi "mossi". For this example it is necessary to refer to Table 2. This is a simple light projector similar to those found in theaters, discos and pubs. The light source element LA1 in this example is represented by a discharge lamp type HMI 575. This type of lamp cannot emit flashes of light, on the contrary, once triggered it must be kept active with a constant current by means of a ballast. So to create the flash effect (strabo), a metal rotating disk R1 with two openings A1-A2 is used. The size of these apertures changes the duration of the flashes. Wheel R1 rotates at a speed of 1000 rpm. The small MR1 motor that drives R1, incorporates a gearmotor that transfers through a pin on the back of the same, a rotation 300 times slower than the primary rotation (300: 1). Attached to the latter pin is another wheel R2 which will therefore also rotate 300 times slower than R1. On R2 are made by laser cutting 300 slits positioned as rays of R2. their opening will be equal to the distance between one slot and the next. In practice, openings and closures have the same size. By means of a simple mathematical calculation it is easy to demonstrate that at each half-turn of R1, the position of the slots of R2 will exchange with that of the opaque areas, thus determining an alternation of lights and shadows synchronized as A1-A2 passes in front of the light beam, as required by the invention itself. The adjustable apertures A1-A2 on R1 provide for creating the sequence of flashes having a period of about 30 milliseconds as required by the invention. Finally, a common LE1 lens with a suitable focal length will transfer the R2 image to the moving subjects / objects to be illuminated. It should be noted that the final effect of this assembly will only produce flashes with a minimum duration of a few milliseconds (adjustable from the aperture of A1-A2). Therefore the "deformation" of the moving subjects will be more nuanced than that of the following example, similar to a series of "wavy" frames.

ESEMPIO 2 (TAV3) EXAMPLE 2 (TAV3)

Per questo esempio è necessario fare riferimento alla Tavola 3. Trattasi di un semplice proiettore di luce simile a quelli che si possono trovare nei teatri, discoteche e pubs. L'elemento sorgente di luce LA1 di questo esempio è rappresentato da una lampada allo Xenon che innescata con impulsi di tensione molto elevata (2-3 Kv) , emette un intenso ma brevissimo lampo (10-20 uS). Come nell'esempio 1 , i flash sequenziali devono essere sincronizzati allo spostamento della sagoma a feritoie posta sulla ruota metallica Ri. Per ottenere lo scopo, viene impiegato un sensore ottico SOI sensibile al passaggio di oggetti opachi frapposti ad esso. Tale sensore è provvisto di un led emettitore e di un fotodiodo posti uno di fronte all'altro. La ruota R1 durante la sua rotazione e attraverso le sue 300 feritoie, interromperà o lascerà passare il fascio di luce generato dal led di SOI. Come da figura, il fotodiodo ricevitore di S01 genererà quindi una forma d'onda quadra come mostrato nel riquadro DF1 ed in particolare essa rifletterà l'andamento del passaggio delle feritoie durante la rotazione di R1. A questo punto possiamo affermare che ad ogni cambiamento di stato del'onda quadra , la lampada LA1 , dovrà emettere un flash come mostrato chiaramente nella parte bassa del riquadro DF1. Si può notare che un semplice duplicatore di frequenza raggiunge lo scopo. Per variare la velocità di ripetizione dei flash , sarà sufficiente variare la velocità della ruota R1 attraverso il motore M1. Una rotazione di circa 3 giri/minuto genererà 30 flash/secondo ottemperando così ai requisiti dell'invenzione proposta. For this example it is necessary to refer to Table 3. This is a simple light projector similar to those found in theaters, discos and pubs. The LA1 light source element of this example is represented by a Xenon lamp which, triggered with very high voltage pulses (2-3 Kv), emits an intense but very short flash (10-20 uS). As in example 1, the sequential flashes must be synchronized to the displacement of the slot shape placed on the metal wheel Ri. To achieve this purpose, an SOI optical sensor is used which is sensitive to the passage of opaque objects placed between it. This sensor is equipped with an emitter LED and a photodiode placed one in front of the other. The wheel R1 during its rotation and through its 300 slots, will interrupt or let the light beam generated by the SOI LED pass. As shown in the figure, the receiving photodiode of S01 will therefore generate a square wave form as shown in box DF1 and in particular it will reflect the trend of the passage of the slots during the rotation of R1. At this point we can say that at each change of state of the square wave, the lamp LA1 will have to emit a flash as clearly shown in the lower part of the DF1 box. It can be seen that a simple frequency doubler achieves this. To vary the repetition speed of the flashes, it will be sufficient to vary the speed of the wheel R1 through the motor M1. A rotation of about 3 rpm will generate 30 flashes / second thus complying with the requirements of the proposed invention.

Pur considerando questo esempio puramente teorico, un tecnico esperto di luci stroboscopiche potrebbe dubitare che una lampada stroboscopica possa generare 30 lampi al secondo specialmente se è richiesta anche una certa potenza. Per questo motivo , è stato inserito un terzo esempio che modifica leggermente l'impianto ma che sostanzialmente non ne cambia il principio di funzionamento. While considering this purely theoretical example, a strobe lighting technician might doubt that a strobe lamp can generate 30 flashes per second especially if some power is also required. For this reason, a third example has been included which slightly modifies the system but which substantially does not change its operating principle.

ESEMPIO 3 (TAV4) EXAMPLE 3 (TAV4)

Per questo esempio è necessario fare riferimento alla Tavola 4.Trattasi di un semplice proiettore di luce simile a quelli che si possono trovare nei teatri, discoteche e pubs. In questo esempio gli elementi sorgenti di luce sono due lampade allo xenon LA1-LA2 che innescate da impulsi di tensione molto elevata (2-3Kv) , emettono un intenso ma brevissimo lampo (10-20 uS). Il fascio di luce di tali lampade è convogliato nella giusta e medesima direzione attraverso un prisma ottico PR1. A differenza dall'esempio 2, il segnale generato dal sensore ottico SOI viene ripartito in due segnali distinti come mostrato nel riquadro SP1. Il secondo segnale è ricavato semplicemente invertendo il segnale originale. Così facendo i 30 impulsi/secondo, necessari al corretto funzionamento del trovato, vengono inviati alternativamente alle due lampade che riceveranno così solo 15 impulsi/secondo cadauna. A questa frequenza di pilotaggio, qualsiasi lampada allo Xenon è in grado di funzionare correttamente senza alcun problema. For this example it is necessary to refer to Table 4. It is a simple light projector similar to those found in theaters, discos and pubs. In this example the light source elements are two LA1-LA2 xenon lamps which, triggered by very high voltage pulses (2-3Kv), emit an intense but very short flash (10-20 uS). The light beam of these lamps is directed in the right and same direction through an optical prism PR1. Unlike example 2, the signal generated by the optical sensor SOI is divided into two distinct signals as shown in box SP1. The second signal is obtained by simply inverting the original signal. In this way, the 30 pulses / second, necessary for the correct operation of the invention, are sent alternately to the two lamps which will thus receive only 15 pulses / second each. At this driving frequency, any Xenon lamp is able to function correctly without any problems.

ESEMPIO 4 (TAV5) EXAMPLE 4 (TAV5)

Per questo esempio è necessario fare riferimento alla Tavola 5.Trattasi di un semplice proiettore di luce simile a quelli che si possono trovare nei teatri, discoteche e pubs. In questo esempio gli elementi sorgenti di luce sono due lampade allo xenon LA1-LA2 che innescate da impulsi di tensione molto elevata (2-3Kv) , emettono un intenso ma brevissimo lampo (10-20 uS). In questo caso, un semplice multivibratore astabile genera un impulso ogni 30 millisecondi. Riferendosi al riquadro TS1,si può notare che detti impulsi sono ripartiti alternativamente verso LA1,LA2. In pratica ogni lampada riceve un impulso ogni 60 millisecondi. Questo già garantisce una frequenza di lavoro per ogni lampada accettabile in termini di dissipazione di potenza. Sempre riferendosi a TAV.5 , LA1 -LA2 sono allineate in contrapposizione e mediante due specchi SP1 ,il loro rispettivo fascio di luce, è deviato verso l'alto come mostrato chiaramente in a) e b). For this example it is necessary to refer to Table 5. It is a simple light projector similar to those found in theaters, discos and pubs. In this example the light source elements are two LA1-LA2 xenon lamps which, triggered by very high voltage pulses (2-3Kv), emit an intense but very short flash (10-20 uS). In this case, a simple astable multivibrator generates a pulse every 30 milliseconds. Referring to box TS1, it can be noted that said pulses are alternately distributed towards LA1, LA2. In practice, each lamp receives a pulse every 60 milliseconds. This already guarantees an acceptable working frequency for each lamp in terms of power dissipation. Still referring to TAV.5, LA1 -LA2 are aligned in opposition and by means of two mirrors SP1, their respective light beam is deflected upwards as clearly shown in a) and b).

Ora , nell'istante a) è mostrata la fase in cui LA1 emette il suo flash. Si nota che il fascio di luce attraversa la griglia G1 spezzandosi così in tanti sottili fasci denominati, Now, in instant a) the phase in which LA1 emits its flash is shown. It is noted that the light beam crosses the G1 grid thus breaking into many thin beams called,

rispetto alla grìglia di riferimento G2, A2,A4,A6>A8,A10,A12,A14.Nel'istante b) sarà invece LA2 ad emettere il suo lampo; anch'esso attraverserà la grìglia G1 e si spezzerà in sottili fasci denominati questa volta A1,A3,A5,A7, A9,A11,A13. E' evidente come i fasci spezzati dell'istante a) , non siano coincidenti ma anzi alternati tra loro rispetto a quelli dell'istante b). Infine, tutti i suddetti fasci spezzati, uscendo dal proiettore , andranno ad illuminare i soggetti/oggetti a mò di luce ed ombra, creando così l'effetto voluto dal trovato. In questo esempio la luce esce direttamente senza l'ausilio di alcun obiettivo pertanto la dimensione delle due sorgenti su SP1, determineranno unitamente alla distanza dei soggetti, la nitidezza dei contorni dell' immagine uscente. Ed in particolare, più la sorgente sarà puntiforme, più i contorni sui soggetti/oggetti saranno netti. with respect to the reference grid G2, A2, A4, A6> A8, A10, A12, A14. In the instant b) it will instead be LA2 to emit its flash; it too will cross the G1 grid and break up into thin bundles named this time A1, A3, A5, A7, A9, A11, A13. It is evident that the broken beams of instant a) are not coincident but rather alternate with each other with respect to those of instant b). Finally, all the aforementioned broken beams, coming out of the projector, will illuminate the subjects / objects as a kind of light and shadow, thus creating the effect desired by the invention. In this example, the light comes out directly without the aid of any lens, therefore the size of the two sources on SP1, together with the distance of the subjects, will determine the sharpness of the edges of the outgoing image. And in particular, the more the source will be point-like, the clearer the outlines on the subjects / objects will be.

Claims

CLAIMS 1) A light projector aimed at moving subjects / objects, dynamically modifies the apparent shape perceived by any observer in real time.

2) A mechanical, mechanical-electronic or electronic device or system that projects, on moving subjects / objects, at least two images * more or less complementary ** to each other and in rapid *** succession.

3) A mechanical device that, inserted as an accessory in a light effects projector, apparently deforms the illuminated moving subjects / objects, generating sequential images as described in point 2.

4) A video projector that projects images * with the same methods described in point 2.

5) A projected stroboscopic image having a frequency and shape such as to generate any deformation on subjects / objects illuminated by it.

6) A mechanical-electronic device that uses for its operation the principles clearly shown in the examples TAV2, TAV3, TAV4 and TAV5 described on page 5,6, 7,8, 9 and identified with the title "EXAMPLE 1", "EXAMPLE 2 "," EXAMPLE 3, EXAMPLE 4 ". Note: * By "images" we mean any shape formed by two or more shades, including colored ones, (continued) ** "Complementary images" means that the light parts of one image become the dark parts of the next image and vice versa. Even when using colored shades, the same rule applies: complementary colors are those colors that have no primary color in common. *** "Fast" means a variable frequency from 5 Hz to 40 Hz