ОСВЕТИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2003 года по МПК F21V3/04 

Изобретение относится к области светотехнического материаловедения, в частности к осветительной технике, и касается конструкции осветительных приборов, имеющих рассеивающие плафоны из стекла или иного твердого прозрачного материала, закрепляемые на осветительной арматуре и предназначенные для декоративного украшения осветительного прибора, защиты источника света и рассеяния светового потока, создаваемого источником света, например лампами накаливания, люминесцентными лампами или светодиодами.

Известен плафон осветительного прибора, представляющий собой тонкостенный рассеивающий экран, выполненный из стекла и с элементами закрепления его на арматуре, несущей по крайней мере один источник света (SU, 154195, F 21 V 3/04, опубл. 1963).

При выполнении плафона из стекла возможно получение ярко выраженных декоративных качеств осветительного прибора за счет придания стеклу при его формовании машинным или ручным образом любой формы и цвета, богатство выражения которых определяется фантазией человека. Плафон может иметь дополнительную функцию носителя определенной информации художественного или смыслового характера. Такого рода информацию возможно наносить с помощью методов химического травления, механической гравировки и некоторых других. Однако традиционными технологиями практически невозможно получить полноценное изображение с передачей градаций серого.

В настоящее время стало возможным синтезировать в объеме стекла как плоские, так и объемные изображения с передачей градаций серого методом оптического лазерного пробоя (ОЛП). Известен способ лазерного формирования изображений в твердых средах, заключающийся в фокусировке лазерного излучения в заданной точке в объеме образца из стекла и перемещении образца относительно лазерного луча по заданному закону, после чего производят облучение образца с плотностью мощности, превышающей пороговое значение объемного пробоя материала, а перемещение образца относительного лазерного луча осуществляют в трех взаимно перпендикулярных направлениях (RU, 2008288, С 03 С 23/00, опубл. 28.02.94). На базе этой технологии разработаны приемы получения объемного (RU, 2123480, С 03 С 23/00, опубл. 20.12.98) и цветного за счет введения в структуру стекла пигментных образований (RU, 2107047, С 03 С 23/00, опубл. 20.03.98) изображений во внутреннем объеме стеклянной пластины. При этом поверхность стекла и прилежащие к ней слои не повреждаются.

Процесс ОЛП в прозрачной среде сопровождается образованием микроплазмы, локализованной в точке фокусировки лазерного излучения (Дж.Рэди. Действие лазерного излучения, М., Мир, 1975). Плазма имеет достаточно высокую температуру и степень ионизации, и ее воздействие на материал прозрачного образца из стекла, в том числе пористого с введенным красящим веществом, заключается в изменении физико-химических свойств материала. При этом возникают следующие факторы воздействия на материал: облучение излучением плазмы (фотонное воздействие), нагрев, плавление и испарение (термическое воздействие), плазмохимические реакции, протекающие в высокоионизованной плазме (плазмохимическое воздействие), распространение волны повышенного давления - т.н. ударной волны (воздействие давлением).

Облучение производят излучением импульсного лазера. Энергию излучения выбирают выше пороговой на 20-30%, чтобы при воздействии уверенно возникал пробой, но при этом формировалась область повреждения небольшого размера, по форме напоминающая небольшой шар или эллипсоид. Вид области повреждения зависит как от условий облучения, так и от линейных и нелинейных параметров материала. Поэтому для фокусировки излучения используют линзу, фокусное расстояние которой выбирают исходя из максимальной глубины, на которой необходимо формировать изображение в образце. После этого для каждого материала выбирают диаметр пучка на входе в линзу таким, чтобы в одиночном выстреле формировалась область разрушения по возможности более близкая к точке, а не к линии.

Перед формированием изображения в материале производят оптический пробой в контрольном образце из того же материала в выбранных условиях облучения, а затем измеряют поперечные и продольные размеры образовавшихся областей повреждения. Такие измерения по различным координатам позволяют установить минимальное расстояние между точками, обеспечивающее выполнение изображения из неперекрывающихся областей повреждений.

На стадии разработки изображения создают таблицу координат точек, определяющих вид этого изображения, включая однослойные, многослойные и мозаичные участки поверхностей. При формировании изображений сложных объектов, состоящих из сотен и тысяч точек пробоя, для правильного размещения областей повреждения в различных слоях и в элементах мозаики используют моделирование этих объектов и их предварительный просмотр под различными углами зрения на экране монитора с помощью стандартных программ. Затем с помощью лазера, ЭВМ и устройств перемещения образца и/или точки фокусировки лазерного излучения изображение выполняют в образце. При этом, как правило, изображение выполняется, начиная с наиболее удаленной от линзы точки и далее при последовательном приближении к входной поверхности образца, чтобы исключить экранировку уже сформированными областями повреждений более удаленных от входной поверхности образца участков изображения.

Данная технология используется для создания художественных изделий или сувениров из широкого класса прозрачных материалов, а также для маркировки изделий из таких материалов.

Полученные согласно данной технологии стеклянные изделия обладают невысокой художественной выразительностью изображения из-за низкого контраста изображения, заданного с помощью дефектов. Это связано с неравномерной по пространству индикатрисой рассеяния излучения отдельным дефектом. Поэтому для создания высокого контраста изображения формирующие его дефекты желательно располагать достаточно близко друг к другу. Однако в этом случае из-за напряжений вокруг областей повреждений может быть сформирована общая трещина, объединяющая их и значительно снижающая не только зрительное восприятие изображения и качество изделий, но и их механическую прочность.

Из-за невысоких рассеивающих свойств отдельного эффекта, при ориентации дефектов относительно направления источника светового излучения, изображение в плафоне, синтезированное методом ОЛП, оказывается плохо различимым.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по созданию простого по конструкции осветительного прибора, содержащего плафон с хорошо различимым изображением, синтезированным методом ОЛП. Достигаемый при этом технический результат как в первом, так и во втором вариантах заключается в улучшении эксплуатационных качеств прибора и его художественных достоинств как изделия.

Указанный технический результат в части первого варианта исполнения достигается тем, что в осветительном приборе, содержащем источник света и прозрачный плафон, выполненный из стекла или иного твердого прозрачного материала, внутри всего объема которого или на отдельных его участках способом лазерного формирования изображений в твердых средах выполнен рисунок дефектами, веретенообразной или эллипсоидной формы, а источник света выполнен регулируемым по углу направления светового потока по отношению к торцевой поверхности плафона.

Указанный технический результат в части второго варианта исполнения устройства достигается тем, что в осветительном приборе, содержащем источник света и прозрачный плафон, выполненный из стекла или иного твердого прозрачного материала, внутри всего объема которого или на отдельных его участках способом лазерного формирования изображений в твердых средах выполнен рисунок дефектами веретенообразной или эллипсоидной формы, часть из которых ориентирована фиксировано, а часть произвольно.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется приведенными ниже иллюстрациями, где
на фиг.1 показано рассеяние на отдельном дефекте;
на фиг.2 изображен осветительный прибор с плафоном, подсвеченным с торца и одиночными дефектами различной ориентации: дефект типа "а" виден с максимальной яркостью; дефект типа "b" виден с минимальной яркостью;
на фиг. 3 - схема, иллюстрирующая формирование изображения от дефектов различной ориентации (а, b) при двух направлениях подсветки (А, В).

Изображение в твердой прозрачной среде, согласно технологии объемного лазерного пробоя (ОЛП), создается из зон микроповреждений стекла, образованных излучением лазера. Это излучение последовательно фокусируется в различные области в объеме стекла, создавая объемное или плоское изображение состоящее из отдельных точек.

Физической природой явления лазерного пробоя обусловлена форма единичного дефекта в виде эллипсоида (веретена), вытянутого в направлении действия лазерного луча. Известно, что видимое наблюдателем изображение формируется за счет рассеяния на дефектах. В результате дефект может быть неразличим на фоне яркого источника светового излучения, поскольку рассеянное излучение оказывается существенно меньше излучения от источника. До настоящего времени считалось, что веретенообразная форма дефекта ухудшает качество изображения вследствие увеличения размеров изображающей точки. Однако этот эффект может быть использован, при правильном направлении источника относительно дефекта, для улучшения качества изображения.

Нами было установлено, что индикатриса рассеяния имеет характерный вид, такой что максимальное рассеяние достигается при освещении с направления, ориентированного под углом 45^o к направлению большей эллипса оси дефекта, а минимальное при угле 0^o (фиг.1, 2). Это приводит к ситуации, показанной на фиг.3. На этом чертеже показана прозрачная пластина с синтезированными методом ОЛП внутри нее дефектами, ориентированными различно. Ориентация дефектов типа "а" и типа "b" ясна из чертежа. Как можно видеть, максимальная яркость изображения в направлении наблюдателя достигается при освещении дефектов типа "а" с направления "А", а дефектов типа "b" с направления "В". Это означает, что при последовательном торцевом освещении пластины с направлений "А" и "В", наблюдатель сначала увидит светящееся изображение, образованное дефектами типа "а", а затем дефектами типа "b". Очевидно, что при одновременной подсветке видны будут оба изображения.

В устройстве, выполненном по варианту 2, должны использоваться прозрачные элементы с синтезированными в них методом ОЛП дефектами, ориентированными по крайней мере в двух направлениях, при этом изображения, передаваемые с помощью этих дефектов, должны быть различны. Дефекты разной ориентации могут быть как разнесены в разные плоскости, так и находиться в одной плоскости. Всего в одной пластине можно реализовать четыре различных изображения, используя подсветку с четырех торцов.

Другое выполнение устройства по варианту 2 должно включать произвольное изображение, образованное дефектами произвольной ориентации, содержащее также другое изображение, выполненное дефектами с фиксированной ориентацией. Тогда при подсветке с направления максимальной видности дефектов с фиксированной ориентацией на фоне первого изображения проявится и второе изображение. Очевидно, что этого не произойдет, если подсветка не будет иметь преимущественной ориентации, или будет направленной, но с другой ориентацией, нежели рассмотренная выше. Как частный пример исполнения рисунок внутри объема стекла по всей поверхности плафона или на отдельных его участках может быть выполнен способом лазерного формирования изображений в твердых средах с образованием дефектов, по отношению к внешней поверхности стекла ориентированных по крайней мере в двух направлениях или по крайней мере часть из которых ориентирована в заданном направлении, а световое излучение направляют в сторону по крайней мере одной из торцовых поверхностей стекла.

Новизна предлагаемого технического решения определяется следующим:
1) обнаруженным авторами эффектом неоднородного по пространству рассеяния внешнего светового излучения одиночным дефектом, синтезированным в твердой прозрачной среде методом ОЛП;
2) предложенным способом выявления этого разворота путем освещения дефекта с некоторого фиксированного по отношению к дефекту направления;
3) размещением в одном изображении наряду с дефектами произвольной ориентации дефектов с фиксированной ориентацией.

Согласно настоящего изобретения регулирование яркости изображения в прозрачном плафоне осветительного прибора, состоящего из прозрачного плафона, внутри объема которого по всей поверхности или на отдельных его участках способом лазерного пробоя выполнен рисунок, и источника светового излучения, заключается в направлении светового излучения в сторону поверхности плафона. Для увеличения яркости изображения рисунок внутри объема стекла по всей поверхности плафона или на отдельных его участках выполняют способом лазерного формирования изображений в твердых средах с образованием дефектов эллиптической формы, по крайней мере часть из которых располагают таким образом, что по отношению к внешней поверхности плафона угол между большей осью дефекта и направлением на источник светового излучения больше 0^o и меньше 90^o.

Световое излучение направляют в сторону по крайней мере одного из торцов плафона.

Плафон из материала, например стекла, с изображением, выполненным в его объеме согласно одной из технологий, описанных в RU, 2008288, 2123480, 2107047, представляет прозрачную пластину с невидимым изображением, которое проявляется при определенных углах наклона его к источнику света. При этом само изображение по отношению к окружающей его части прозрачного стекла проявляется в виде контрастной картинки либо бесцветной, ярко светящейся в виде белого пятна по отношению к серому фону самой пластины, либо в виде негатива изображения (по типу фотографического негатива) по отношению к прозрачному фону стекла. При этом между этими двумя крайними положениями существует достаточно большое семейство переходных положений, в одном из которых изображение становится невидимым.

Данное явление основано на принципе рассеяния отражения и поглощения излучения в объеме стекла и на участках нанесения изображения. Деформированные частицы внутренней структуры стекла веретенообразной или эллипсоидной формы являются элементами рассеяния излучения, то есть своеобразным препятствием прохождения потока излучения. Этот эффект ярко проявляется в том случае, если направленный поток светового излучения проходит на участке изображения в зоне прямого угла по отношению к продольной оси деформированных частиц внутренней структуры стекла. В этом случае изображение высвечивается ярко и бесцветно в виде белого светящегося пятна по отношению к фону самого стекла.

Данные особенности позволяют таким образом регулировать силу или величину или степень рассеяния выходящего излучения из стеклянного плафона с изображением/ями за счет изменения освещенности рисунка. Для потребителя это выражается в изменении контрастности самого изображения.

В качестве примера конкретного исполнения осветительного прибора можно рассмотреть прибор, содержащий направленный источник света и прозрачный плоский плафон, выполненный из стекла или иного твердого прозрачного материала, внутри объема которого по всей поверхности плафона или на отдельных его участках способом лазерного формирования изображений в твердых средах выполнен рисунок. Рисунок внутри объема стекла по всей поверхности плафона или на отдельных его участках сформирован дефектами эллиптической формы, в по крайней мере части из которых по отношению к внешней поверхности плафона угол между большей осью дефектов и направлением на источник светового излучения лежит в интервале 0^o-90^o.

По крайней мере один торец плафона выполнен полированным, в сторону которого направлено излучение источника светового излучения.

В частном случае рисунок внутри объема стекла по всей поверхности плафона или на отдельных его участках может быть сформирован дефектами, по отношению к внешней поверхности стекла ориентированными по крайней мере в двух направлениях или по крайней мере часть из которых ориентирована в заданном направлении, при этом световое излучение направлено в сторону по крайней мере одной из торцевых поверхностей стекла. В этом случае можно получить осветительный прибор, содержащий источник света и прозрачный плафон, выполненный из стекла или иного твердого прозрачного материала, внутри всего объема которого или на отдельных его участках способом лазерного формирования изображений в твердых средах выполнен рисунок дефектами веретенообразной или эллипсоидной формы, часть из которых ориентирована фиксировано, а часть произвольно.

Источник света в первом варианте исполнения выполнен с направленным потоком светового излучения может быть смонтирован по отношению к торцовой поверхности плафона, регулируемым по углу направления светового потока по углу направления ориентированных деформированных частиц внутренней структуры стекла на участке рисунка. Рисунок данного исполнения не приводится, так как реализация такого прибора является чисто технической задачей и не требует дополнительного изобретательства.

Основное применение предлагаемое техническое решение может найти при создании светильников с необычными динамическими оптическими эффектами
В упрощенном варианте с подсветкой пластины в одном направлении - при создании светильников с индивидуальным дизайном для повышения контраста светового изображения.

Прием разворота дефекта относительно наблюдателя может найти применение для увеличения контраста сувенирных изделий, полученных методом ОЛП.

Настоящее изобретение промышленно применимо, так как для его изготовления используется известная технология формирования сфокусированным лазерным лучом изображения в объеме стекла, а само изобретение касается обеспечения регулирования угла оптимального наклона направленного излучения по отношению к оси веретенообразных или эллипсоидных деформированных частиц стекла внутри объема плафона для изменения величины выходящего излучения.

Изобретение относится к области светотехнического материаловедения. Осветительный прибор содержит источник света и прозрачный плафон, выполненный из стекла или иного твердого прозрачного материала. Внутри всего объема плафона или на отдельных его участках способом лазерного формирования изображений в твердых средах выполнен рисунок дефектами, выполненными веретенообразной или эллипсоидной формы, а источник света выполнен регулируемым по углу направления светового потока по отношению к торцевой поверхности плафона. При этом часть дефектов может быть ориентирована фиксированно, а часть произвольно или в другом направлении. Техническим результатом является улучшение эксплуатационных качеств. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

1. Осветительный прибор, содержащий источник света и прозрачный плафон, выполненный из стекла или иного твердого прозрачного материала, внутри всего объема которого или на отдельных его участках способом лазерного формирования изображений в твердых средах выполнен рисунок дефектами веретенообразной или эллипсоидной формы, а источник света выполнен регулируемым по углу направления светового потока по отношению к торцевой поверхности плафона. 2. Осветительный прибор, содержащий источник света и прозрачный плафон, выполненный из стекла или иного твердого прозрачного материала, внутри всего объема которого или на отдельных его участках способом лазерного формирования изображений в твердых средах выполнен рисунок дефектами веретенообразной или эллипсоидной формы, часть из которых ориентирована фиксированно, а часть произвольно.