УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2004 года по МПК G09F13/18 G09F9/30 

Устройство для демонстрации информации относится к области декоративно-осветительной техники, а также к области рекламно-информационных технологий. Заявляемое изобретение может также найти применение в архитектуре и дизайне жизненной среды человека, например, для светового оформления брандмауэров зданий и крыш высотных зданий или в качестве интерьерных декоративно-осветительных элементов, обладающих психологически реабилитирующими функциями.

Актуальность разработки нового изобретения определяется результатами апробации новых конструкций устройств, выявлением недостатков в конструкции устройств для демонстрации информации, выполненных в соответствии с формулой изобретения Декларационного Патента Украины №39770 А ("Устройство для демонстрации информации", МКИ G 09 F 9/02, приоритет от 23.02.2001 г., опубликовано 15.06.2001 в бюллетене №5). Результатом такой апробации является появление новых существенных отличий в конструкции устройства, ранее не определенных в пунктах формулы изобретения. После опытной эксплуатации новых конструкций устройств для демонстрации информации был определен ряд новых потребительских качеств, расширяющих области их использования.

Устройство для демонстрации информации по Декларативному Патенту Украины 39770 А совокупностью своих отличительных признаков по отношению к заявляемому устройству является прототипом. Устройство-прототип содержит в своем составе два и более светопроводящих элементов из оптически прозрачного материала, на широких поверхностях которых размещены, по крайней мере, по одному диффузно отражающему знаку. В устройстве для демонстрации информации подсветка диффузно отражающих знаков осуществляется точечными источниками света, которые оптически согласованы, по крайней мере, с одной из узких полированных поверхностей каждого светопроводящего элемента. Устройство-прототип содержит блок электронного программного управления точечными источниками света.

В процессе опытно-конструкторских работ и опытной эксплуатации устройств, выполненных в соответствии с формулой изобретения по патенту Украины №39770, был выявлен ряд недостатков. В первую очередь эти недостатки связаны с нарушениями закона полного внутреннего отражения при объединении нескольких светопроводящих элементов в единый информационный блок. К недостаткам устройства, связанных с нарушениями условий зеркальности отражения световых лучей, можно отнести следующие:

- локальные нарушения световой проводимости в зонах возможного оптического контакта между поверхностями светопроводящих элементов с габаритами более 800 мм по длине и ширине;

- превышение значения критического угла полного внутреннего отражения оптической среды для точечных источников света с углами направленности излучения более 90°.

Эти недостатки приводят, во первых, к потере части световой энергии за счет ее поглощения при переходе из одного светопроводящего элемента в другой. Во вторых, в устройстве за счет появления паразитных засветок ухудшается декоративность визуально представляемой информации.

Также выявлены недостатки устройства-прототипа, связанные со снижением качества и эффективности освещения диффузно отражающих знаков. К этой группе можно отнести следующие недостатки:

- отсутствие на не освещаемых поверхностях светопроводящих элементов отражающих или поглощающих покрытий, что ухудшает частотно-контрастные характеристики и уровень освещенности диффузно отражающих знаков;

- сравнительно малая длина хода световых лучей в оптической среде светопроводящих элементов от точечных источников до ближайшего диффузно отражающего знака, которая является не достаточной для получения эффекта аддитивного смешивания различных по спектру световых излучений от точечных источников света.

К недостаткам устройства-прототипа, которые ограничивают художественные возможности представления буквенной, знаковой или графической информации в конструкции устройств, можно отнести отсутствие следующих признаков:

- комбинированного (совместного) использования диффузно отражающих знаков, выполненных по технологиям фрезерного гравирования и шлифования, отсутствие в устройстве диффузно отражающих фонов с равномерным распределением освещенности;

- совместного использования диффузно отражающих знаков с пленочных носителей информации, прозрачные, например, крупногабаритные цветные слайды и непрозрачные со светоотражающей информацией;

- информационной независимости светопроводящих элементов из-за отсутствия световой изоляции светопроводящих элементов;

- дополнительной подсветки светопроводящих элементов изнутри.

Нарушения закона полного внутреннего отражения световых лучей внутри оптически прозрачных светопроводящих элементов [Н. Капани. Волоконная оптика. Принципы и применение. М.: Мир, 1969, с.23-34] возникают в устройстве для демонстрации информации вследствие неизбежного появления зон локального оптического контакта между поверхностями соседних светопроводящих элементов. Основной причиной появления этих зон являются технологические допуски на толщину светопроводящих элементов. При сборке устройства-прототипа локальный контакт между двумя светопроводящими элементами возникает в зонах, имеющих положительные допуски толщины. В этих зонах широкие поверхности светопроводящих элементов могут плотно соприкасаться между собой, при этом воздушный промежуток становится меньшим значения 2.5-3.4 λ_k, где λ_k - значение длины световой волны. Эти значения являются критическими для световых лучей в двух плоскостях поляризации соответственно. При нарушении этого условия происходит проникновение световой волны из одной оптической среды в другую (между двумя оптическими средами существует оптический контакт) [Quincke G., Pogg. Ann., 117, 1117 (1863) в книге Kаppаnу N.S. Fiber Optics. Principles and Applications. N.Y., London, "Academia Press", 1967. 432 p.]. В теории волоконной оптики эффект проникновения световых лучей из одного светопроводящего элемента в другой определяется понятием "виньетирование световых лучей" [Вейнберг В.Б., Саттаров Д.К. Оптика световодов, М.: Машиностроение, 1977. 320 с.; Кappanу N.S. Fiber Optics. Principles and Applications. N.Y., London, "Academia Press", 1967. 432 p.]. Виньетирование световых лучей, в зонах оптического контакта между светопроводящими элементами, вызывает потерю части световой энергии и является причиной аддитивного сложения паразитных световых потоков с разными спектрами излучений.

Явление аддитивного сложения световых потоков наблюдается также при использовании широкоугольных точечных источников света с углами диаграммы направленности излучений ϕ>90°. Причиной появления паразитных засветок для этого случая является выход части лучей, превышающих критический угол полного внутреннего отражения. Наоборот, при использовании узконаправленных, высокоинтенсивных точечных источников света с углами направленности излучения 15°≤ϕ≤45° возникает эффект визуализации "цветовых лучей". Причиной этого эффекта являются наличие в толще стекла микродефектов (микропузыри, свили), освещаемых высокоинтенсивным излучением.

Малые расстояния хода световых лучей от широкоугольных точечных источников света оказываются не достаточными для программируемого, аддитивного сложения световых лучей от двух и более точечных источников света.

Выше приведенные недостатки не только ухудшают декоративность и эффективность цветового динамического освещения диффузно отражающей информации, но и ограничивают области применения устройств для демонстрации информации. В первую очередь это относится к ограничению габаритов устройств для демонстрации информации.

Для устранения этих недостатков необходимо в конструкцию заявляемого устройства ввести такие новые отличительные признаки:

- конструктивное обеспечение установки светопроводящих элементов в устройстве с гарантированным расстоянием между их широкими поверхностями;

- обеспечение обязательной световой изоляции самих точечных источников света, а также части освещаемых ими светопроводящих элементов;

- выполнение, по крайней мере, одного диффузно отражающего знака в виде комбинации шлифованных зон, размещенных на разных светопроводящих элементах, не перекрывающих друг друга и образующих в совокупности сам знак и окружающий его фон;.

- выполнение, по крайней мере, одного из светопроводящих элементов в виде объединения двух и более светопроводящих элементов меньших габаритов, соединенных друг с другом своими конформными узкими поверхностями;

- комбинированное использование диффузно отражающих знаков совместно с пленочными носителями информации, с фронтальной теневой проекцией знаков;

- возможность объединения светопроводящих элементов в плоские крупногабаритные и объемные конструкции.

В заявляемом устройстве для демонстрации информации и в устройстве-прототипе совпадают признаки наличия:

- двух и более светопроводящих элементов, выполненных из оптически прозрачного материала, на широких поверхностях которых размещены, по крайней мере, по одному диффузно отражающему знаку;

- точечных источников света, оптически согласованных с полированными узкими поверхностями светопроводящих элементов;

- блока электронного программного управления точечными источниками света.

Получению ожидаемого технического результата при использовании устройства-прототипа препятствуют отсутствие:

- гарантированного зазора установки светопроводящих элементов, достаточного для устранения возможности появления локального оптического контакта между их широкими поверхностями;

- световой изоляции групп точечных источников света, а также светопроводящих элементов в зонах освещения их узких полированных поверхностей;

- комбинированного использования диффузно отражающих знаков и окружающего его фона, выполненных в виде не перекрывающих друг друга шлифованных зон, размещенных на разных светопроводящих элементах.

Получению ожидаемого технического результата при использовании устройства-прототипа препятствуют также невозможность конструктивной реализации:

- комбинированного использования диффузно отражающих знаков совместно с пленочными носителями информации;

- локальной и автономной подсветки любой части информационного поля с сохранением условия световой и информационной изоляции соседних зон (информационная независимость по трем координатам);

- дополнительной подсветки диффузно отражающих знаков изнутри светопроводящих элементов и просветных знаков при теневой проекции на шлифованную поверхность светопроводящего элемента.

В основу заявляемого устройства для демонстрации информации поставлена задача разработать такое устройство, при использовании которого достигается технический результат, заключающийся в более высоком качестве световых параметров устройства, в экономии энергоресурсов, в улучшении декоративности цветового динамического освещения, в обеспечении возможности проектирования и изготовления крупногабаритных плоских и объемных устройств и в расширении областей использования устройств. Поставленная техническая задача достигается за счет:

- более эффективного использования законов проводимости света в оптических материалах за счет исключения условий нарушения критического угла полного внутреннего отражения световых лучей;

- использования новых принципов исполнения диффузно отражающих знаков в виде шлифованных зон и новых принципов размещения этих зон на разных светопроводящих элементах в совокупности с диффузно отражающими знаками и информацией, выполненной на прозрачных и непрозрачных пленочных носителях информации;

- использования новых принципов локальной подсветки диффузно отражающих знаков с обеспечением информационной независимости светопроводящих элементов;

- использования новых принципов объединения светопроводящих элементов в плоские и объемные крупногабаритные конструкции с цветовым динамическим освещением.

Поставленные задачи достигаются тем, что в устройстве для демонстрации информации, содержащем два и более светопроводящих элемента из оптически прозрачного материала, на широких поверхностях которых размещены, по крайней мере, по одному диффузно отражающему знаку, точечные источники света, которые оптически согласованы, по крайней мере, с одной из узких полированных поверхностей каждого светопроводящего элемента, и блок электронного программного управления точечными источниками света, светопроводящие элементы установлены друг относительно друга на расстоянии, значение которого выбрано из интервала

,

где λ_k - значение длины волны красного света;

D - максимальный диаметр корпуса точечного источника света;

L - минимальная толщина светопроводящего элемента.

Точечные источники света в устройстве объединены в группы, по числу освещаемых узких поверхностей, которые оптически изолированы друг от друга светонепроницаемыми экранами, которые введены внутрь воздушных промежутков на расстояние

^,

где d - толщина светопроводящего элемента,

U - значение угла диаграммы направленности излучения точечного источника света,

Н - длина светопроводящего элемента по ходу светового луча от точечного источника света.

Для заявляемого устройства приведенные выше признаки являются существенными отличительными признаками, определяющими его изобретательский уровень, которые являются необходимыми и достаточными для достижения технического результата.

При использовании заявляемого устройства для демонстрации информации обеспечивается достижение технического результата, который определяется расширением областей использования устройств, качественным улучшением их световых параметров и декоративности визуального представления диффузно отражающих знаков, экономией энергоресурсов и возможностью увеличения габаритов устройств.

Между техническим результатом и существенными отличительными признаками заявляемого устройства существует причинно-следственная связь. Наиболее важный признак - установка светопроводящих элементов в устройстве на расстоянии друг от друга. Приведенный интервал значений расстояния между светопроводящими элементами получен на основании известных научных данных. Так, еще в 1863 году опытами Квинке (Quinke) [H. Капани. Волоконная оптика. Принципы и применение. М.: Мир, 1969, с.23-34; Карраnу N.S. Fiber Optics. Principles and Applications. N.Y., London, "Academia Press", 1967. 432 p.] было показано, что при величине воздушного промежутка Δ≤3.4λ (2.5λ), где λ - длина световой волны, происходит переход части световой волны из одной оптической среды в другую. Указанные данные получены для волн с различной поляризацией, и промежуток заполнен воздухом. Для промежутка с водой и сохранением остальных параметров эксперимента параметры расстояния получены несколько иные: Δ≤5.6λ (5.2λ). В связи с тем, что чаще всего между широкими поверхностями светопроводящих элементов присутствует воздушная среда, в качестве ограничения снизу в интервале значений расстояния поставлены Δ≤3.4λ (2.5λ). Во вторых, световое излучение в оптических средах, имеющих размеры промежутков, соизмеримые с длиной световой волны, обладает волноводными свойствами. Световая волна при этом представима в виде пакета разнообразных волноводных мод в воздушном промежутке [Капани Н. Волоконная оптика. Принципы и применение. М.: Мир. 1969, с.461; Карраnу N.S. Fiber Optics. Principles and Applications. N.Y., London, "Academia Press", 1967. 432 p.]. Длина волны красного света λ_k имеет максимальное значение в видимом диапазоне света, поэтому ее значение выбрано в качестве одной из констант в ограничении расстояния воздушного промежутка "снизу".

Ограничения сверху получены из конструктивных ограничений, налагаемых на точечные источники света (светодиоды) и толщину светопроводящих элементов. Так, например, минимальная толщина светопроводящих элементов, выполненных из акрилового стекла марки "Altuglas", составляет 3 мм [Каталог фирмы "Atohaas"], a максимальный диаметр пластмассового корпуса твердотельных высокоинтенсивных светодиодов [Каталог фирмы "Hewlett Packard"], которые могут использоваться в устройствах, составляет 6 мм. С учетом этих габаритов при сборке устройства светопроводящие элементы между собой могут быть установлены на минимальное расстояние - (6-3)×2=6 мм. Расстояние между светопроводящими элементами исключает появление локальных зон оптического контакта, и его наличие является необходимым условием процесса световой проводимости лучей в оптических средах [Вейнберг В.Б., Саттаров Д.К. Оптика световодов, М.: Машиностроение, 1977, 320 с.; Карраnу N.S. Fiber Optics. Principles and Applications. N.Y., London, "Academia Press", 1967. 432 p.]. Введение указанного признака в заявляемое устройство обеспечивает полное исключение паразитных засветок из одного светопроводящего элемента в рядом расположенные.

Признак организации точечных источников света в группы, по числу светопроводящих элементов, логически подчинен признаку "количество освещаемых ими узких полированных поверхностей" и обеспечивает наиболее простой способ световой изоляции групп посредством светонепроницаемых экранов. Признак световой изоляции групп точечных источников света и зон подсветки светопроводящих элементов предназначен для исключения возможных паразитных засветок от точечных источников света с углами диаграммы направленности излучения ϕ≥90°. Часть внеосевых световых лучей от широкоугольного точечного источника света превышает критический угол полного внутреннего отражения. Благодаря светонепроницаемым экранам эти лучи не поступают внутрь оптической среды. Световая изоляция светопроводящего элемента обеспечивает качество подсветки диффузно отражающих знаков за счет исключения паразитных засветок. Признак световой изоляции групп точечных источников света и светопроводящих элементов конкретизируется соотношением

где L - толщина светопроводящего элемента, U - значение угла диаграммы направленности излучения точечного источника света, Н - длина светопроводящего элемента по ходу светового луча от точечного источника света. Ограничение соотношения слева получено при вычислении углов экранирования паразитных засветок для минимальной толщины светопроводящего элемента и точечного источника света с углами направленности ϕ≥90°. Ограничение справа определяет возможность полной световой изоляции всей площади двух светопроводящих элементов. Следует также отметить, что толщина светоизолирующего экрана в заявляемом устройстве является одновременно и конструктивным элементом, обеспечивающим постоянное расстояние между светопроводящими элементами.

Таким образом, отличительные признаки заявляемого устройства являются существенными, между ними и достигаемыми техническими результатами существуют причинно-следственные связи, которые характеризуют устройство как изобретение, т.е. отличительные признаки являются необходимыми и достаточными для достижения технического результата. Кроме того, все указанные признаки логически связаны между собой и не позволяют, без потери конечного результата, произвести вычленение любого из них из этой совокупности. Например, исключение признака "светопроводящие элементы установлены на расстоянии между светопроводящими элементами" исключает признак их "световой изоляции" из-за невозможности введения между светопроводящими элементами светонепроницаемого экрана.

Последующие отличительные признаки заявляемого устройства являются дополнительными, их совокупность также является существенной, т.к. обеспечивают достижение поставленных перед заявляемым устройством технических задач. Между этими признаками и техническим результатом существуют причинно-следственные связи. Одновременно с этим признаки конкретизируют новые конструкции и возможные области применения.

Так, дополнительно к диффузно отражающим знакам, выполненным в устройстве-прототипе посредством фрезерного гравирования, в заявляемом устройстве, по крайней мере, один из диффузно отражающих знаков может быть выполнен в виде шлифованных зон, которые размещены на широких поверхностях разных светопроводящих элементов, образуя при этом комбинацию не перекрывающих друг друга знака и окружающего фона.

Указанная совокупность отличительных признаков обеспечивает получение новых светооптических эффектов:

- динамическое изменение цветовой гаммы подсветки диффузно отражающих знака и окружающего фона;

- равномерный уровень освещености всех площадей шлифованных зон светопроводящих элементов;

- объединения в единой цветовой стенографии разнообразных цветодинамических режимов визуального представления гравированных, шлифованных диффузно отражающих знаков.

Совокупность отличительных признаков является в заявляемом устройстве необходимой и достаточной для достижения поставленной технической задачи. Дополнительно к этому достигается снижение трудовых затрат на выполнение (шлифованных) диффузно отражающих знаков с сохранением высокого качества их визуального представления.

В заявляемом устройстве широкая поверхность, по крайней мере, одного из светопроводящих элементов может быть выполнена в виде объединения двух и более светопроводящих элементов с меньшими по площади широкими поверхностями, узкие поверхности соединения указанных светопроводящих элементов выполнены полированными и конформными друг другу.

Совокупность приведенных отличительных признаков также может считаться существенной, обеспечивающей расширение областей их использования. В первую очередь это достигается за счет такого потребительского качества заявляемого устройства, как информативность. Увеличение информативности обеспечивается световой (информационной) независимостью светопроводящих элементов на плоскости. Ранее эта совокупность признаков нигде не использовалась. Светоинформационная независимость достигается за счет того, что конформные и полированные поверхности соединения светопроводящих элементов меньших площадей могут быть установлены друг относительно друга на расстоянии, которое может быть заполнено, например, оптически прозрачным клеем с показателем преломления меньшим, чем показатель преломления светопроводящего элемента. Благодаря световой изоляции между светопроводящими элементами достигается возможность раздельной подсветки их диффузно отражающих знаков. Таким образом, указанная совокупность отличий имеет причинно-следственную связь с достижением устройством технической задачи обеспечения информационной независимости и увеличения информативной емкости. Дополнительно, совокупность отличительных признаков делает возможным объединять в единый информационный блок несколько устройств для демонстрации информации с меньшими площадями. За счет этого увеличиваются габариты совокупно собранного устройства, имеющего к тому же единую систему электронного программного управления всей совокупности точечных источников света. Также использование этой совокупности отличительных признаков дает возможность проектировать устройства для демонстрации информации с информационными площадями более 2 м². Для светопроводящих элементов таких габаритов возникают проблемы исполнения диффузно отражающих знаков на их поверхностях из-за отсутствия соответствующего станочного оборудования. Это приводит к необходимости разработки и создания сборных конструкций. Совокупность указанных отличительных признаков предназначена для расширения областей использования заявляемого устройства демонстрации информации за счет увеличения их габаритов.

Последующие отличительные признаки заявляемого устройства являются дополнительными, конкретизируют их новые конструктивные реализации и предназначены для решения конкретных задач.

Так, в устройство между двумя соседними светопроводящими элементами на всей площади одной из шлифованных зон может быть установлена пленка с просветной информацией, дополненная с противоположной от нее стороны светопроводящего элемента светоотражающим покрытием.

Наличие этих отличительных признаков обеспечивает заявляемому устройству равномерность освещения шлифованной зоны и любой просветной информации в пленках в комбинации с подсветкой разнообразных диффузно отражающих знаков. Такая функция в устройстве-прототипе отсутствует.

В заявляемом устройстве группы точечных источников света могут быть организованы в объединения источников с красным, синим и зеленым спектрами излучений, которые подсвечивают, по крайней мере, один диффузно отражающий знак. Расстояние S₁ от поверхности светопроводящего элемента, оптически согласованной с точечными источниками света, до ближайшего к ней диффузно отражающего знака выбрано из интервала значений

где D - диаметр корпуса точечного источника света;

l - расстояние между точечными источниками света в объединении;

U_max, U_min - максимальное и минимальное значения углов диаграммы направленности излучения точечных источников света.

Точечные источники света, например, выполненные в виде "триады" светодиодов трех основных цветов, управляемых по интенсивности, длительности и очередности свечения посредством блока электронного программного управления, обеспечивают заявляемому устройству возможность моделировать в динамическом режиме любой цвет подсветки диффузно отражающих знаков и шлифованных поверхностей за счет аддитивного сложения трех основных цветов. Признак выбора расстояния S₁ между поверхностью, оптически согласованной со светодиодами, и ближайшим диффузно отражающим знаком предназначен для обеспечения оптимального режима аддитивного сложения световых потоков и исключения оптического эффекта "световых лучей" от высокоинтенсивных узконаправленных источников света.

В заявляемом устройстве n штук светопроводящих элементов могут быть собраны в виде объемной конструкции, например в виде последовательно уложенных и зафиксированных друг на друге светопроводящих пластин с постоянной шириной S, толщиной d и высотой Н=n·d. Длина L_i каждого (i=1, 2,..n) светопроводящего элемента на высоте Н_i=i·d объемной конструкции выполнена переменной.

Совокупность этих отличительных признаков дает возможность реализовать конструкции объемных, крупногабаритных устройств для демонстрации информации, выполненные в виде фигур, букв и знаков, устанавливаемых, например, на крышах высотных зданий. Габариты объемных конструкций устройств для демонстрации информации будут определяться только прочностными характеристиками самих объемных конструкций и их корпусов. Последние должны выдержать вес объемной конструкции из светопроводящих элементов и обеспечить надежность при ветровых нагрузках. Все светопроводящие пластины в объемной конструкции являются информационно независимыми, поэтому последовательное и раздельное включение точечных источников света не вызовет появление паразитных засветок.

В заявляемом устройстве узкие поверхности светопроводящих элементов, оптически согласованные с точечными источниками света, могут быть расположены под углом 135° относительно оптической оси их светового излучения. Этот признак является дополнительным и реализует конструктивную возможность поворота оптической оси хода световых лучей от точечного источника света на 90° для создания новых конструкций заявляемого устройства с боковой подсветкой диффузно отражающих знаков точечными источниками света.

В заявляемом устройстве, по крайней мере, в одном светопроводящем элементе перпендикулярно его широкой поверхности может быть выполнено сквозное отверстие с полированной образующей поверхностью, которая оптически согласована с дополнительным набором точечных источников света.

Наличие в заявляемом устройстве дополнительной поверхности подсветки и дополнительного набора точечных источников света позволяет расширить цветодинамические возможности устройства, например за счет создания простейших анимационных эффектов на ограниченном числе светопроводящих элементов информации может быть установлено светоотражающее покрытие.

В устройство может быть установлен дополнительный осветитель теневой проекции просветных знаков на шлифованную поверхность светопроводящего элемента. Расстояния между дополнительным осветителем, просветным знаком и шлифованной поверхностью светопроводящего элемента выбраны равными друг другу. Для подсветки каждого из просветных знаков в дополнительном осветителе установлен, по крайней мере, один точечный источник света.

При использовании этой совокупности отличительных признаков заявляемое устройство приобретает новое свойство - проекции просветных знаков, которые по программе электронного блока управления включаются совместно с цветодинамической подсветкой диффузно отражающих знаков.

В заявляемом устройстве между двумя светопроводящими элементами на одной из широких внутренних поверхностей может быть установлена непрозрачная пленка со светоотражающей информацией, а на широкой внутренней поверхности светопроводящего элемента, обращенной к пленке, выполнены диффузно отражающие знаки.

Такая совокупность обеспечивает заявляемому устройству возможность цветодинамического освещения информации, нанесенной на пленке или бумаге полиграфическим способом, в темное время суток. Ночное освещение достигается за счет диффузного отражения света от знаков, символов, нанесенных на широкой поверхности светопроводящего элемента, при включении точечных источников света. При этом диффузно отражающие знаки не перекрывают светоотражающую информацию, что позволяет видеть ее днем без всякого освещения.

Изобретение иллюстрируется графическим материалом, в котором представлено:

на фиг.1 - конструкция устройства для демонстрации информации в сборе;

на фиг.2-6 - отдельные элементы конструкции устройства и расположения светопроводящих элементов в информационном блоке устройства;

на фиг.7 и 8 - вид светопроводящих элементов устройства с точечными источниками света, оптически согласованных со светопроводящими элементами;

на фиг.9-12 - конструкция устройства для демонстрации информации с несколькими шлифованными, не перекрывающими друг друга зонами;

на фиг.13 и 14 - конструкция устройства для демонстрации информации с точечными источниками света, сформированными в виде "светодиодных триад";

на фиг.15 и 16 - конструкция устройства для демонстрации информации с автономно освещаемыми, сборными светопроводящими элементами;

на фиг.17 и 18 - конструкция устройства для демонстрации информации в виде сборной, крупногабаритной, плоской конструкции;

на фиг.19-21 - конструкция устройства в виде крупногабаритной объемной конструкции;

на фиг.22 - вариант конструкции устройства, выполненной в виде столешницы стола;

на фиг.23 и 24 - вариант конструкции устройства с внешней и внутренней подсветкой диффузно отражающих знаков;

на фиг.25 - вариант конструкции устройства для демонстрации информации с теневой проекцией просветных знаков;

на фиг.26 - вариант конструкции информационного блока устройства, снабженного светоотражающим непрозрачным носителем информации.

На фиг.1 представлена конструкция устройства для демонстрации информации, состоящего из трех светопроводящих элементов 1, 2, 3 из фигурно вырезанных листов акрилового стекла в виде "бокала". Единство трех светопроводящих элементов 1, 2, 3, образующих информационный блок устройства, обеспечивается жестким пустотелым корпусом 4, который охватывает и фиксирует элементы 1-3 сбоку. На широких поверхностях акриловых листов 1, 2, 3 нанесены диффузно отражающие контуры 5, например, в виде "бокала", прозрачной пленки 6 с рисунком, например цветной слайд "торговой марки", а также группа диффузно отражающих знаков 7, 8 графических элементов информации. В совокупности элементы 5-8 образуют единую композицию. Рисунок на прозрачной пленке 6 может быть выполнен кроме цветного слайда также и типографским способом. Пленка 6 зафиксирована на элементе 1, а диффузно отражающие знаки 5, 7, 8 выполнены посредством гравирования или шлифования полированной поверхности. На фиг.2 и 3 показан вид устройства для демонстрации информации сбоку, где на узких поверхностях светопроводящих элементов 1, 2, 3 размещены светоотражающие или светопоглощающие покрытия 9. Выбор типа покрытия осуществляется в зависимости от конкретных светооптических задач в том или ином светопроводящем элементе устройства.

Как показано на фиг.3, все светопроводящие элементы 1, 2, 3 друг относительно друга установлены на расстоянии Δ₁, Δ₂. Указанные промежутки 10 могут быть заполнены любой оптически прозрачной средой с показателем преломления n₂<n₁, где n₁ - показатель преломления оптического материала светопроводящего элемента, например органическое стекло марки "Altuglas" от фирмы "AtoHaas" (Франция, Голландия). Так, например, промежутки 10 могут быть заполнены воздухом или водой. Расстояния Δ₁, Δ₂ промежутков 10 имеют одинаковые значения по всей площади светопроводящих элементов 1-3.

На фиг.4 показана конструкция устройства, один из светопроводящих элементов 1 которого на одной из поверхностей снабжен диффузно отражающим контуром 5, выполненным в зеркальном отображении, а на противоположной от контура 5 поверхности нанесены две шлифованные зоны 11, 12. Шлифованные зоны 11, 12 предназначены для равномерной подсветки цветного слайда, поэтому они должны совмещены с пленкой 6 на плоскости светопроводящего элемента 1.

На фиг.5 представлен светопроводящий элемент 2 устройства, на одной из широких поверхностей которого выполнен набор диффузно отражающих знаков в виде растровых, фигурных штрихов 7, имитирующих при их последовательной подсветке светооптический "эффект наполнения бокала". В свою очередь и светопроводящий элемент 3, представленный на фиг.6, снабжен группой диффузно отражающих знаков в виде фигур 8, имитирующих при их динамической подсветке подымающихся вверх "пузырьков газа и игру пены".

На фиг.7 и 8 показана группа точечных источников 13 света, например твердотельные, полупроводниковые, высокоинтенсивные светодиоды, которые оптически состыкованы с узкими полированными поверхностями светопроводящих элементов 1, 2, 3 устройства. Группа точечных источников 13 света (светодиодов) установлена на электрической плате 14, и число этих групп соответствует количеству светопроводящих элементов в устройстве. В рассматриваемой конструкции таких групп три. Многие конструкции устройств для демонстрации информации имеют светопроводящие элементы в форме пластин. Так, для светопроводящих элементов 1-3 группы точечных источников 13 света организованы в виде светодиодных линеек, и по длине электрическая плата 14 согласована с длиной освещаемых узких поверхностей указанных элементов 1, 2, 3. Там же на плате 14 может быть установлен программируемый микроконтроллер 15, который управляет режимами работы точечных источников 13 света. Светонепроницаемые экраны 16, выполненные, например, из черной фотобумаги, установлены между группами точечных источников 13 света, изолируя их излучения от аддитивного смешивания. Те же самые светонепроницаемые экраны 16 на расстояние S, выбранное из интервала значений введены внутрь промежутка 10. При этом глубина введения экранов 16 в указанные промежутки 10 зависит от толщины L светопроводящего элемента, значения угла U диаграммы направленности излучения точечного источника света. Для устройств, предназначенных для демонстрации информации на "обе" стороны, расстояние S становится равным длине Н светопроводящего элемента по ходу светового луча от точечного источника света. В конструкции устройства светонепроницаемые экраны 16 выполняют одновременно две функции, первая из которых - светоизолирующая, вторая - обеспечение гарантированных расстояний Δ₁, Δ₂ промежутков 10 (фиг.8) между светопроводящими элементами 1-3.

На фиг.9 представлен вариант конструкции устройства для демонстрации информации настольного типа в виде трех светопроводящих элементов 1-3, закрепленных снизу посредством корпуса 4. Три шлифованные зоны 17, 18, 19, представляющие собой некоторые диффузно отражающие знаковые элементы, последовательно размещены на элементах 1-3, не перекрывают друг друга и образуют единую информационную композицию. При этом шлифованные зоны 17-19 могут быть дополнены диффузно отражающими знаками в виде гравированных контуров 5, 7, 8. Дополнительно к диффузно отражающим знакам 5-8 и 17-19, как это представлено на фиг.10-12, устройство может быть снабжено, по крайней мере, одной прозрачной пленкой 6 с нанесенной на ней информацией. Информация 6 на пленке совмещается со шлифованными зонами 17-19 и гравированными контурами 5, 7, 8. Одна из шлифованных зон, например 19, может представлять собой диффузно отражающий фон (фиг.11 и 12), а зоны 17, 18 - некоторый символ. При включении групп точечных источников 13 света шлифованные зоны 17-19 диффузно отражают свет, равномерно подсвечивая и фон, и пленку 6, и символ. Программно изменяя цветовые контрасты подсветки между "фоном и символом", обеспечивают ярко выраженный декоративный цветовой эффект представления информации. Для обеспечения устойчивости всей конструкции корпус 4 устройства снабжен утяжеленным основанием 20.

На фиг.13 и 14 представлена конструкция устройства с тремя светопроводящими элементами 1-3, узкие освещаемые поверхности которых оптически согласованы с тремя линейными группами точечных источников (светодиодов) 13 света по числу указанных элементов. Светодиоды организованы в "триады" 21, состоящие из точечных источников света с красным, синим и зеленым спектром излучения. "Триады" 21 являются универсальными источниками света, программно управляются по интенсивности свечения и времени включения источников 13 по очередности или всех вместе. При раздельном включении точечных источников 13 света в "триаде" 21 диффузно отражающая информация освещаются красным, синим или зеленым светом. При совместном включении трех точечных источников 13 света в "триаде" 21 происходит аддитивное сложение света по трем спектрам излучений, чем и моделируются любые цвета видимого спектра. При равных значениях интенсивностей излучения всех точечных источников 13 света "триада" 21 формирует аддитивно "белый" свет.

На фиг.15 и 16 представлен вариант заявляемого устройства с независимой подсветкой, состоящего из нескольких светопроводящих элементов 22, имеющих площади меньшие, чем общая площадь светопроводящего элемента 1. Каждый из элементов 22, по крайней мере, с двух сторон состыкован с двумя соседними элементами 22 по узким поверхностям 23, которые выполнены конформными друг другу и полированными. Между поверхностями 23 обязательно присутствует минимальный зазор 10, являющийся идеальным световым изолятором. Световое излучение от точечных источников 13 света, освещая диффузно отражающие знаки 5, не попадает на знаки 7 и 8, обеспечивая тем самым устройству информационную независимость. Светопроводящий элемент 1, как показано на фиг.16, может быть выполнен монолитным, и тогда посредством корпусов 4, охватывающих с четырех сторон светопроводящие элементы 1 и 22, обеспечивается целостность всей конструкции.

Устройство для демонстрации информации, представленное на фиг.17 и 18, предназначено для создания крупногабаритных светящихся панно, устанавливаемых, например, на крышах высотных зданий. Панно (фиг.17) выполнено в виде трех устройств 24 демонстрации информации с меньшей информационной площадью светопроводящих элементов 1, 2, 3 (фиг.18). В единую конструкцию панно все меньшие по площади устройства 24 собраны посредством корпусов 4, внутри которых размещены плата 14, группы точечных источников 13 света и микроконтроллер 15. На каждом из светопроводящих элементов 1, 2, 3 устройств 24 размещены диффузно отражающие знаки, символы, графические элементы 5, 7 и 8, образующие единую информационно графическую композицию всего панно. Шлифованные поверхности 17, 18, 19, размещенные на разных светопроводящих элементах, не перекрывая друг друга, могут быть снабжены прозрачными пленочными носителями 6 информации. В собранном панно все устройства 24 установлены на расстояниях Δ₁, Δ₂, соответствующих промежуткам 10 (фиг.18). Установка устройств 24 на расстоянии 10 нм обеспечивает информационную независимость. Точечные источники 13 света, например, организованные в "светодиодные триады" 21 на плате 14, оптически согласованы со всеми светопроводящими элементами 1, 2, 3 в каждом из устройств 24 и управляются по единой программе от одного микроконтроллера 15.

Устройство, представленное на фиг.19-21, также представляет собой крупногабаритную конструкцию, однако в отличие от выше описанного устройства эта конструкция объемная. Объем может быть определен, например, жестким пустотелым корпусом 25, который в пространстве образует некоторую фигуру, например литеру R. Светопроводящие элементы 26, заполняющие внутренний объем корпуса 25, имеют постоянные значения ширины S и толщины d. Их поверхности, оптически согласованные с точечными источниками 13 света или "триадами" 21, выполнены полированными. Как видно из фиг.19, 20, все длины L_i светопроводящих элементов 26 имеют переменные значения и согласованы с соответствующими внутренними габаритами корпуса 25 относительно высоты H_i=i·d расположения каждого i-го элемента 26. Так, например, на высоте Н_k=k·d длина светопроводящих элементов 26 составляет L₁ и L₂, на высоте Н_р=р·d длина - L_mах, а на Н_mах=n·d длина светопроводящего элемента 26 составляет значение L₃. Точечные источники 13 света на каждом светопроводящем элементе установлены навстречу друг другу. Корпус 25 охватывает все светопроводящие элементы 26 совместно с точечными источниками 13 (21) света с двух сторон. Как видно из фиг.21, светопроводящие элементы 26 установлены друг на друга в виде "пакета", их поверхности 27 полированы и оптически согласованы с точечными источниками 13 (21) света, а поверхности 28, обращенные в сторону наблюдателя, могут быть выполнены цилиндрическими с радиусом кривизны R₁ для увеличения выходной апертуры диффузно отраженных лучей.

На фиг.22 устройство для демонстрации информации выполнено в виде столешницы стола. Светопроводящие элементы 29, 30 выполнены в виде двух дисков, при этом светопроводящий элемент 29 имеет диаметр больше, чем диаметр элемента 30. Со стороны своих узких поверхностей светопроводящие элементы 29, 30 снабжены полированными фасками 31 и 32, расположенными под углами 135° относительно оптической оси излучения точечных источников 13 (21) света. Указанные фаски 31, 32 изменяют ход световых лучей подсветки на 90°. Светопроводящие элементы 29, 30 совместно с точечными источниками 13 (21) света установлены внутри декоративного корпуса 4. Дополнительное стекло 33 предназначено для защиты полированной внешней поверхности светопроводящего элемента 29. Ножки стола 34 крепятся к корпусу 4. Декоративные, диффузно отражающие знаки и рисунки наносятся на поверхности светопроводящих элементов 29, 30 и дополняют интерьер цветодинамическим освещением.

На фиг.23, 24 представлена конструкция устройства для демонстрации информации, у которого светопроводящий элемент 1 выполнен в виде монолитного слоя, а второй слой собран из нескольких светопроводящих элементов 22 с меньшими площадями, состыкованных друг с другом по конформным поверхностям 23. Т.е. суммарная площадь светопроводящих элементов 22 равна площади элемента 1. Элементы 1 и 22 дополнительно снабжены сквозным отверстием 35 с полированными поверхностями 36, которые оптически согласованы с дополнительными наборами точечных источников (светодиодов) 37 света, которые также управляются электронным программным блоком. С двух сторон сквозного отверстия 35 установлены декоративные пробки 38. Для обеспечения "монолитности" соединения всех светопроводящих элементов 22 предусмотрен жесткий кожух 39, фиксирующий их относительно светопроводящего элемента 1. Указанное устройство обеспечивает два независимых режима освещения диффузно отражающих знаков. Первый режим - это подсветка группами светодиодов 13 (21), находящихся внутри корпуса 4, второй режим - это программно режимная подсветка источниками 37 диффузно отражающих знаков, расположенных на светопроводящих элементах 22 изнутри.

На фиг.25 представлена принципиальная схема конструкции устройства для демонстрации информации, которое дополнительно снабжено простейшей светооптической схемой проекции просветных символов 41, размещенных на непрозрачном пленочном носителе 42. Просветной символ освещается, по крайней мере, одним точечным источником 13 света или триадой светодиодов 21. Изображение 43 от символа 41 проецируется на шлифованной зоне 17, расположенной, например, на широкой поверхности светопроводящего элемента 2. Светопроводящие элементы 1, 2, в свою очередь, снабжены своими наборами точечных источников 13 (21) света для подсветки диффузно отражающих знаков. Расстояния между шлифованной зоной 17 и пленкой 42, между знаком 41 и осветителем 44 с точечными источниками 13 света выбраны одинаковыми. Если для подсветки просветного символа 41 используется только один точечный источник 13 света, то его проекция 43 на поверхности 17 будет одноцветной. При подсветке символа 41 "триадой" светодиодов 13 заполнение цветом проекционного изображения 43* или 43** будет определяться программой очередности их включения (выключения).

На фиг.26 представлен вариант конструкции устройства для демонстрации информации, содержащий светопроводящий элемент 1, непрозрачную пленку 6 со светоотражающей информацией, закрепленную на широкой поверхности крепежного элемента 45. Светоотражающая информация на пленке 6 может быть выполнена, например, типографским способом. На внутренней поверхности элемента 1, обращенной к пленке 6, нанесены диффузно отражающие знаки 5 в виде последовательности гравированных растров и других графических элементов. Группа точечных источников 13 света оптически согласована со светопроводящим элементом 1. При включении точечных источников 13 света световой поток отражается от гравированных знаков 5 и освещает светоотражающую информацию на пленке 6 в темное время суток. При этом указанные диффузно отражающие знаки 5 не мешают осмотру светоотражающей информации на пленке 6 в дневное время. При включении точечных источников 13 света информация на пленке 6 подсвечивается одновременно с диффузно отражающими знаками 5.

Устройство для демонстрации информации является перспективной реализацией новых технических возможностей проектирования светооптических систем визуального представления знаковой, графической и иной информации. Кроме чисто светоинформационной области применения устройства могут быть использованы для проектирования и изготовления товаров домашнего использования. Новые возможности заявляемого устройства основаны на эффективном использовании законов геометрической оптики, светотехники и новых технологий в области полупроводниковых, высокоинтенсивных светодиодов с габаритами, близкими к точечным источникам света. По сравнению с традиционными техническими решениями, используемыми в рекламно-информационной деятельности, заявляемое устройство для демонстрации информации формирует у человека положительное психологически эмоциональное восприятие световой рекламы. Это качество является результатом научно-исследовательских работ. Опыт использования заявляемого устройства для демонстрации информации в рекламной деятельности показал их высокую надежность, декоративность и привлекательность, как носителей рекламной информации.

Можно считать, что устройства для демонстрации информации могут быть прекрасной альтернативой малоформатным и среднеформатным неоновым вывескам, технология которых является экологически вредной, не обеспечивает соответствующей декоративности, а надежность их работы остается очень низкой и требуют больших эксплуатационных затрат.

Дополнительно к рекламной области заявляемые устройства могут широко использоваться для решения многих архитектурных задач - от светового оформления брандмауэров и крыш высотных зданий до создания цветодинамических гравюр, плоских светильников и других малых художественных форм, обладающих при этом явно выраженным психореабилитирующим эффектом.

Производство устройств для демонстрации информации освоено на Украине (г. Харьков) и в России (г. Тула).

Изобретение относится к средствам отображения рекламной информации, а также к осветительной технике и может быть использовано в качестве средства световой рекламы, а также как декоративный осветитель. Его применение позволяет получить технический результат в виде улучшения световых параметров прибора, его экономичности, обеспечения возможности изготовления крупногабаритных рекламных панно. Этот результат достигается благодаря тому, что светопроводящие элементы установлены друг относительно друга на определенном расстоянии, а точечные источники света объединены в группы по числу освещаемых ими узких поверхностей светопроводящих элементов, которые оптически изолированы друг от друга светонепроницаемыми экранами, введенными между широкими поверхностями светопроводящих элементов на определенную глубину. 9 з.п. ф-лы, 26 ил.

1. Устройство для демонстрации информации, содержащее два и более светопроводящих элемента из оптически прозрачного материала, на широких поверхностях которых размещены, по крайней мере, по одному диффузно-отражающему знаку, точечные источники света, которые оптически согласованы, по крайней мере, с одной из узких полированных поверхностей каждого светопроводящего элемента, и блок электронного программного управления точечными источниками света, отличающееся тем, что светопроводящие элементы установлены друг относительно друга на расстоянии, значение которого выбрано из интервала

где λ_k - значение длины волны красного света;

D - максимальный диаметр корпуса точечного источника света;

L - минимальная толщина светопроводящего элемента,

точечные источники света объединены в группы по числу освещаемых ими узких поверхностей светопроводящих элементов, которые оптически изолированы друг от друга светонепроницаемыми экранами, введенные между широкими поверхностями светопроводящих элементов на глубину

где L - толщина светопроводящего элемента;

U - значение угла диаграммы направленности излучения точечного источника света;

Н - длина светопроводящего элемента по ходу светового луча от точечного источника света.

где D - диаметр корпуса точечного источника света;

l - расстояние между точечными источниками света в объединении;

U_max, U_min - максимальное и минимальное значения углов диаграммы направленности излучения точечных источников света.