СВЕТОВОЗВРАЩАЮЩИЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2000 года по МПК G02B5/128 G09F13/16 

Изобретение относится к оптическим устройствам, в частности к маскировочным покрытиям, и может быть использовано для формирования одежды с маскировочными свойствами, а также для оснащения рекламных щитов.

Известен световозвращающий материал (Абрамов В.В., Алексеев В.А., Белкин Н. Ю., Молохина Л.А., Нарусбек Э.А., Филин С.А., Хазанова А.Ф. Световозвращающий материал (варианты) и способ его получения (варианты). Патент РФ на изобретение N 2065190, МПК 6 G 02 B 5/128, БИ N 22 от 10.08.96, с. 243), содержащий отражающий зеркальный слой, слой прозрачных микрошариков, расположенный в ячеистой структуре, защитный слой. Ячеистая структура выполнена из сетчатого полотна, укрепленного на отражающем слое, нанесенном на подложку.

Недостатком материала является зеркальный характер отражения, что ограничивает направление возможного наблюдения по отношению к направлению подсвечивающего излучения.

Известен также световозвращающий материал (Алексеев В.А., Белкин Н.Д., Молохина Л.А., Нарусбек Э.А., Пронина Л.В., Рябикова Г.А., Филин С.А., Билибин С.В. Световозвращающий материал. Патент РФ на изобретение N 2080628, МПК 6 G 02 B 5/128, БИ N 15 от 27.05.97, с. 177), содержащий монослой прозрачных микрошариков, частично погруженных в отражающий слой, образованный отражающими частицами, ориентированными отражающими поверхностями к соответствующим микрошарикам. Частицы выполнены из металла или неметалла с металлическим отражающим покрытием и по крайней мере одна часть частиц имеет цвет, отличный от цвета остальных частиц, и нанесена в виде изображения.

Следует отметить недостаток, связанный с тем, что отражающие частицы отражают в сторону наблюдателя световые потоки, рассеянные как от расположенных близко, так и далеко, от световозвращающего материала, предметов. Т. е. они будут выделяться на фоне местности.

Известен также световозвращающий материал с изображением знака (Демидов К. Б. , Гайдученко В.В., Гафт С.И., Киселев А.Я., Кругляк А.А., Фалев О.В. Световозвращающий материал с изображением знака. Полезная модель N 4628, МПК 6 G 09 F 13/16, БИ N 7 от 16.07.97, с. 53), выбранный в качестве прототипа. Материал содержит последовательно расположенные друг над другом опорный слой с внутренней зеркальной поверхностью, рефлектирующий слой с оптическими микролинзами, слой, несущий изображение знака, и защитный слой из прозрачного полимерного материала. В качестве опорного слоя использована металлизированная лавсановая пленка, рефлектирующий слой содержит монослой утопленных на часть их высоты в прозрачной клеевой композиции оптических микролинз, в качестве защитного слоя использована лавсановая пленка, а слой, несущий изображение знака, нанесен на внутреннюю поверхность защитного слоя, при этом изображение знака нанесено в его зеркальном отражении. Материал формирует в отраженном свете нанесенное предварительно изображение.

Недостатком материала, ограничивающего его функциональные возможности, является необходимость предварительной записи изображения. Кроме того направление наблюдения изображения определены направлением зеркального отражения падающего на материал света.

Задачей изобретения является создание материала, имеющего адаптивные как в спектральном, так и в структурном отношении отражаемого света свойства, т. е. возможность копировать спектральный состав и структурные характеристики рассеянного от подстилающей поверхности света при наблюдении объекта как можно в большем телесном угле.

Задача решается за счет того, что в световозвращающем материале, содержащем последовательно расположенные друг над другом отражающий слой, оптически прозрачный промежуточный слой, слой микролинз и защитный слой, согласно изобретению, отражающий слой является белым и диффузно отражающим, монослой микролинз сгруппирован в виде растра, а отражающий слой расположен в фокальной плоскости растра.

Использование растра как для формирования из первично отраженного от диффузно отражающей подстилающей поверхности света изображений подстилающей поверхности на диффузно отражающем слое световозвращающего материала, так и для формирования потока света, вторично отраженного от отражающего слоя световозвращающего материала, позволяет копировать структуру и спектральный состав первично отраженного от подстилающей поверхности света. Направления формирования вторичных изображений определяются как направлением падения первично отраженного от подстилающей поверхности света, так и величиной отношения диаметров линз растра к их фокусному расстоянию. Положительный эффект достигается тем, что величина отношения диаметров линз растра к их фокусному расстоянию выбирается так, чтобы участок подстилающей поверхности, от которого формируется поток света в горизонтальном направлении, находился близко к световозвращающему материалу. Это обеспечивает слияние объекта, покрытого световозвращающим материалом, с фоном подстилающей поверхности.

На чертеже изображена принципиальная оптическая схема световозвращающего материала.

Световозвращающий материал состоит из расположенных последовательно друг над другом диффузно отражающей поверхности 1, оптически прозрачного промежуточного слоя 2, монослоя микролинз, сгруппированных в виде растра 3, поверх которого может быть расположен защитный слой 4 из оптически прозрачного материала, имеющего большую механическую прочность, чем материал микролинз.

Линзовый растр 3 может быть сформирован, например, из оргстекла путем прессования. Причем задняя, плоская сторона растра может служить в качестве диффузно отражающего слоя 1, а промежуточным слоем 2 может служить толща оргстекла между передней и задней поверхностями растра. Диффузно отражающая поверхность оргстекла может быть образована, например, при обработке поверхности мелкой наждачной бумагой. В качестве защитного 4 слоя может быть использована, например, лавсановая пленка, соприкасающаяся с растром в местах наибольшей толщины растра.

Работа световозвращающего материала заключается в следующем: световой поток, рассеянный от подстилающей поверхности проходит одновременно все микролинзы растра 3, оптически прозрачный промежуточный слой 2 и формируется каждой микролинзой в виде индивидуальных изображений подстилающей поверхности на поверхности диффузно отражающего слоя 1. Световой поток, формируемый в виде изображения в фокальной плоскости растра каждой линзой, рассеивается от диффузно отражающего слоя 1 в 2 π стерадиан. Микролинзы, расположенные рядом с формирующими первичное изображение микролинзами, формируют из вторично рассеянных световых потоков слабо расходящиеся световые потоки, идентичные по спектральному составу с первично рассеянным световым потоком, в виде изображений подстилающей поверхности на бесконечности в некоторых дискретных направлениях. Образуются как бы "зеркальные" изображения подстилающей поверхности в некоторых дискретных направлениях, определяемых параметрами растра. Защитный слой 4, предназначенный для защиты микролинз от механических повреждений и имеющий меньшую оптическую толщину, чем растр, существенного влияния на ход световых лучей не оказывает.

При реализации световозвращающего материала, растр из оргстекла, сформированный путем прессования, содержал выпуклые сферические сегменты квадратной формы размерами 2 х 2 мм и радиусом кривизны сферической поверхности 1,3 мм. Фокусное расстояние выпуклых сферических сегментов составлял 3,9 мм [Дубровский И. М. , Егоров Б.В., Рябошапко К.П. Справочник по физике. Киев, "Наукова Думка", 1986. - 558 с.]. Выпуклые сферические сегменты располагались в углах квадрата сторонами 2х2 мм.

Направления, в которых световозвращающий материал формирует рассеянный световой поток, определяется из соотношения:

k = ±1, ±2, ±3...

где α₁, град. - угол, под которым приходит на растр первично рассеянный от подстилающей поверхности свет; α₂, град. - угол, под которыми световозвращающий материал формирует потоки вторично рассеянного света; L_ц, м - расстояние между центрами сферических сегментов; f, м - фокусное расстояние растра.

Например, при падении под углом 45^o на растр, расположенный вертикально, рассеянного от подстилающей поверхности светового потока, направления формирования изображений каждой линзой растра относительно линии горизонта:

В сторону наблюдателя световой поток формируется линзой, определяемой при условии α₂ ≈ 0. Отсюда k = +2. Вторая по счету вверх от микролинзы, строящей изображение подстилающей поверхности, расположенной на расстоянии, равном высоте расположения растра, микролинза формирует световой поток наблюдателя (направляемая под углом 1,5^o к горизонту).

Все микролинзы растра формируют индивидуальные изображения на диффузно отражающей поверхности, из которых в сторону наблюдателя также формируются световые потоки. Предельная величина доли светового потока от падающего на растр светового потока, направляемого в сторону наблюдателя, равна:

Направляемый с помощью световозвращающего материала к наблюдателю световой поток имеет небольшую расходимость, а интенсивность первично рассеянного в сторону наблюдателя от той же поверхности светового потока расходится обратно пропорционально квадрату расстояния. Например, при расстояниях "отражающая поверхность - наблюдатель" - 10 м и "отражающая поверхность - растр" - 1,5 м интенсивность первично рассеянного светового потока уменьшится в (10/1,5)² = 44 раза, т.е. составляет 0,023 доли от интенсивности на расстоянии 1,5 м от подстилающей поверхности и в 0,031/0,023 = 1,3 раза меньше интенсивности светового потока, формируемого световозвращающим материалом.

Следовательно, при расстоянии "световозвращающий материал - наблюдатель" - порядка 10 м, световозвращающий материал наиболее полно сливается с фоном подстилающей поверхности и имеет максимальную эффективность.

Изобретение относится к оптическим устройствам, к маскировочным покрытиям, может быть использовано для формирования одежды с маскировочными свойствами и для оснащения рекламных щитов. Световозвращающий материал сформирован из расположенных последовательно друг над другом белого диффузно отражающего слоя, оптически прозрачного промежуточного слоя, монослоя микролинз, образующих растр, защитного слоя. Отражающий слой расположен в фокальной плоскости растра, оптическая толщина защитного слоя меньше оптической толщины растра. Технический результат - возможность копировать спектральный состав и структурные характеристики рассеянного от подстилающей поверхности света как можно в большем телесном угле. 1 ил.

Световозвращающий материал, содержащий расположенные последовательно друг над другом отражающий слой, оптически прозрачный промежуточный слой, монослой микролинз и защитный слой, отличающийся тем, что отражающий слой является белым и выполнен диффузно отражающим, монослой микролинз сгруппирован в виде растра, при этом отражающий слой расположен в фокальной плоскости растра, а оптическая толщина защитного слоя меньше оптической толщины растра во всех точках световозвращающего материала.