УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕТОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК B44F1/00 

Изобретение относится к устройствам для получения изображения и может быть использовано с различными рекламными и демонстрационными средствами с особыми эффектами, обеспечивающими создание визуально наблюдаемых объемных цветных изображений с необычным световым эффектом, создающим особый декоративный эффект, воспроизводимый в объемах и на плоскостях.

Известен способ высвечивания экрана, основанный на использовании прозрачной плоскости, на внутренней поверхности которой располагают светодиоды и матированные участки поверхности [см. описание к авт. св. СССР №1727158, М. кл. G 09 F 9/33, опубл. 15.04.92]. Поскольку излучение с поверхности светодиодов происходит с диаграммой направленности ламбертовского типа, при котором часть лучей, падающих на границу раздела стекло-воздух под углами большими, чем критические, испытывают полное внутреннее отражение, эти отраженные лучи, попадая на матированные участки пластины, высвечивают темные зоны экрана. Изменяя показатель преломления прозрачной плоскости, можно изменять величину потока, претерпевающего полное внутренне отражение, что позволяет изменять яркость освещаемых зон экрана.

Однако изобретение используют, в основном, в устройствах отображения информации, поскольку других возможностей влиять на световой поток оно не предусматривает. Кроме того, с одной стороны, размещение светодиодов непосредственно на освещаемой плоскости с одной стороны не всегда возможно, а с другой, освещение носит статичный характер, что уменьшает возможность использования его, например, в рекламных или иных целях.

Известно также устройство для получения светового потока, содержащее прозрачную пластину с нанесенными на ее лицевую плоскость посредством гравировки изображением и светоотражающим непрозрачным покрытием, а также источник света, расположенный у торцевой непокрытой плоскости пластины [см. описание к авторскому свидетельству №1253843, М. кл. В 44 F 1/02, опубл. 30.08.86]. Устройство имеет также дополнительную прозрачную пластину того же размера, что и пластина, несущая изображение, расположенную с тыльной плоскости основной прозрачной пластины с нанесенным светоотражающим непрозрачным покрытием, причем в качестве непрозрачного светоотражающего покрытия использованы слои черной и белой краски и бесцветного матового лака, а источник света установлен с возможностью освещения одновременно и торцевой плоскости дополнительной пластины, и основной.

Использование двух прозрачных пластин со светоотражающим покрытием на второй пластине позволяет устранить блики, выходящие из гравировки, повышает контраст и видимость изображения, повышает яркость в темное время суток благодаря наличию дополнительной пластины.

Однако не всегда имеется возможность использования второй пластины того же размера, что и основная, и возможность расположения источника света в торце пластин. Эти обстоятельства ограничивают возможность использования описанного технического решения, например, в рекламных целях. Дополнительная пластина одинаковых размеров, что и основная, существенно увеличивает расходы на изготовление устройств больших размеров. Кроме того, эстетическая привлекательность устройства невелика, поскольку декоративное изображение получают только за счет гравировки на поверхности основной пластины.

Наиболее близким к заявляемому решению по назначению, технической сущности и достигаемому результату при использовании является устройство для получения светового изображения, содержащее источник света и прозрачный объем, по крайней мере, с одним дополнительными блоком, который размещен в объеме или на его поверхности и имеет искусственно созданные в нем или внесенные в него рассеивающие центры [см. описание к патенту Украины №41195, М. кл. В 44 F 1/00, опубл. 15.08.01], в котором источник света также расположен в торцевой плоскости пластины.

Последнее техническое решение позволяет создать эстетичные и привлекательные декоративные изображения, одинаково привлекательные в любое время суток.

Однако, как и в предыдущих случаях, торцевая подсветка декоративных панелей существенно уменьшает возможности использования технического решения, поскольку рассеивающие центры оказываются слишком далеко расположенными от источников света, и эффективность подсветки оказывается сниженной. Кроме того, не всегда есть возможность расположить источники света в торце, например, листа, если он уже вставлен в раму или композицию.

Поэтому целью предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей, упрощение конструкции и снижение стоимости при изготовлении декоративных панелей или других объемов.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для получения светового изображения, содержащее источник света и прозрачный объем, по крайней мере с одним дополнительными блоком, который размещен в объеме или на его поверхности и имеет искусственно созданные в нем или внесенные в него рассеивающие центры, согласно изобретению снабжено блоком управления интенсивностью, цветом и продолжительностью высвечивания светового потока, создаваемого одним или несколькими источниками света, одним или несколькими дополнительными оптическими элементами ввода светового потока, на входе которых установлены источники света, а выходы оптически соединены с прозрачным объемом, геометрия дополнительных оптических элементов обеспечивает направленный ввод светового потока внутрь пластины под углами большими, чем критический, при этом S₁/S₂=3... 10, где S₁ - площадь выходного сечения дополнительных оптических элементов, S₂ - площадь входного сечения дополнительных оптических элементов, и коэффициенты преломления дополнительных оптических элементов и прозрачного объема связаны соотношением n₂ ≥_{n1, где n2 -коэффициент преломления дополнительного оптического элемента, n1 -коэффициент преломления прозрачного объема.}

Согласно изобретению дополнительный оптический элемент выполнен в виде плоскопараллельной пластины, имеющей оптический контакт с прозрачной, например, плоскопараллельной панелью.

Согласно изобретению дополнительный оптический элемент выполнен в виде клина, у которого поверхность S₂ плоская и перпендикулярна к поверхности прозрачного объема, например к поверхности плоскопараллельной прозрачной панели.

Согласно изобретению поверхность S₂ выполнена выпуклой или наклоненной к поверхности, например к плоскости поверхности плоскопараллельной прозрачной панели.

Согласно изобретению одна из поверхностей устройства, например торцевая поверхность плоскопараллельной прозрачной панели, выполнена зеркальной.

Как видно из изложения сущности заявляемого решения, оно отличается от прототипа и, следовательно, является новым.

Решение также обладает изобретательским уровнем. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для получения светового изображения, в котором, вследствие выполнения его с одним или несколькими дополнительными оптическими элементами ввода светового потока, на входе которых установлены источники света, а выходы оптически соединены с прозрачным объемом, выполнения геометрии дополнительных оптических элементов так, что обеспечивается направленный ввод светового потока внутрь пластины под углами. большими, чем критический, при этом S₁/S₂=3... 10, где S₁ - площадь выходного сечения дополнительных оптических элементов, S₂ - площадь входного сечения дополнительных оптических элементов, и коэффициенты преломления дополнительных оптических элементов и прозрачного объема связаны соотношением n₂≥_{n1, где n2 - коэффициент преломления дополнительного оптического элемента, n1 - коэффициент преломления прозрачного объема, обеспечивается ввод светового потока в любой доступной точке боковой поверхности прозрачного объема внутрь его направленно и под углами большими, чем критический, и за счет этого расширяются функциональные возможности устройства, уменьшается стоимость при изготовлении.}

В качестве основной пластины можно использовать, например, стекло уже готовой витрины. Таким образом, наиболее дорогой элемент рекламного изделия - плоскопараллельная пластина, оптически прозрачная и имеющая полированную поверхность, дополняется уже существующим изделием в процессе несложного монтажа.

Известно, например, устройство для демонстрации информации, которое содержит светопроводящий элемент из оптически прозрачного материала с полированными поверхностями, по крайней мере на одной из которых размещен по крайней мере один диффузно отражающий знак, источник света для подсветки диффузно отражающего знака, и которое снабжено по крайней мере одним дополнительным светопроводящим элементом из оптически прозрачного материала с полированными поверхностями, на одной из которых размещен по крайней мере один диффузно-отражающий знак, выполненный конформным по отношению к имеющемуся светопроводящему элементу, и устройство, снабженное по крайней мере одним дополнительным источником света для подсветки диффузно отражающего знака, при этом для подсветки диффузно отражающих знаков установлены точечные источники света, и устройство снабжено блоком электронно-программного управления точечными источниками света [см. описание к патенту Украины №39770, М. кл. G 09 F 9/00, опубл. 15.06.01].

Однако предлагаемое решение принципиально отличается тем, что позволяет отказаться от торцевой подсветки, использовать множество вариантов введения светового потока в, например, информационный экран, приближая источник света к носителям информации, расположенным в прозрачном объеме.

Решение промышленно применимо, поскольку может быть использовано для создания световых эффектов в объемах и на плоскости.

Фиг.1. Схема устройства с вводом светового потока через плоскопараллельную пластину от нескольких источников света.

Фиг.2. Ход лучей в прозрачной панели с вводом светового потока через плоскопараллельную пластину (S₁/S₂=10, n₂=n₁=1,5).

Фиг.3. Схема устройства с вводом светового потока через оптический элемент в виде клина от нескольких источников света (S₁/S₂=7, n₂=n₁=1,5).

Фиг.4. Ход лучей в прозрачной панели с вводом светового потока через оптический элемент в виде клина (S₁/S₂=3, n₂=1,5, n₁=1,8).

Фиг.5. Ход лучей при вводе светового потока через поверхность, выполненную как часть сферической поверхности (S₁/S₂=10, n₂=n₁=1,5).

Фиг.6. Ход лучей при вводе светового потока через поверхность, выполненную как наклонная плоскость (S₁/S₂=5, n₂=n₁=1,5).

Фиг.7. Ход лучей при вводе светового потока через поверхность, выполненную как наклонная плоскость с зеркальной поверхностью на торце плоскопараллельной панели (S₁/S₂=7, n₂=n₁=1,5).

Фиг.8. Ход лучей при вводе светового потока через поверхность, выполненную как наклонная плоскость с зеркальной поверхностью на торце плоскопараллельной панели, также наклоненной по отношению к плоскости панели (S₁/S₂=7, n₁=n₂=1,5).

Устройство для получения светового изображения (фиг.1) содержит прозрачный объем 1, выполненный из оргстекла в виде панели. Прозрачная панель 1 в данном случае содержит один дополнительный блок 2, который размещен в ней и имеет искусственно созданные в нем рассеивающие центры 3. Поскольку предполагается, что панель 1 будет размещена в качестве рекламного щита в оконном проеме, с торцов установка источников света невозможна. Поэтому на панели 1 размещена прозрачная плоскопараллельная пластина 4 (или оптический клин, фиг.3) с зеркальным покрытием 5. В торце 6 пластины 4 установлен источники света 7, режимы работы которых определяются блоком (не показан) управления интенсивностью, цветом и продолжительностью высвечивания светового потока. Плоскопараллельная пластина 4 на входе 6 светового потока имеет площадь S₂, равную 0,5 см, плоскость 8, прилегающая к поверхности панели, имеет площадь S₁, равную 1,5-5,0 см². Коэффициент преломления плоскопараллельной пластины 4 n₂=1,5, коэффициент преломления прозрачной панели 1 n₁=1,5.

Устройство работает так, как показано на фиг.2, 4-8, т.е. свет от источника света 7, например светодиода, проходит, например, через торец 6 пластины 4. Пройдя границу раздела 8, свет частично пересекает панель 1 и, преломившись, покидает панель 1. Большая часть светового потока распространяется вдоль панели 1, испытывая полное внутренне отражение от поверхностей панели 1, рассеивается на рассеивающих центрах 3. Можно увеличить количество света, направленного вдоль панели 1, если выполнить входную поверхность, например, наклонной или сферической, как показано на фиг.5 и 6, или выполнить торцы основной панели также зеркальными, перпендикулярными или наклонными, как показано на фиг.7 и 8.

Как видно из описания примеров осуществления предлагаемого устройства, максимальное освещение, например, плоской поверхности можно осуществить, используя источники света, расположенные на поверхности прозрачного объема практически в любом месте. Нет необходимости использовать торцевую подсветку. Устройство может работать на готовых прозрачных панелях без существенной их реконструкции. Поэтому функциональные возможности у предлагаемого устройства значительно более широкие, чем у известных устройств.

Устройство для получения светового изображения для повышения качества изображения заключается в том, что устройство снабжено блоком управления интенсивностью, цветом и продолжительностью высвечивания светового потока, создаваемого одним или несколькими источниками света, а также одним или несколькими дополнительными оптическими элементами ввода светового потока. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для получения светового изображения, содержащее источник света и прозрачный объем по крайней мере с одним дополнительным блоком, который размещен в объеме или на его поверхности и имеет искусственно созданные в нем или внесенные в него рассеивающие центры, отличающееся тем, что оно снабжено блоком управления интенсивностью, цветом и продолжительностью высвечивания светового потока, создаваемого одним или несколькими источниками света, а также одним или несколькими дополнительными оптическими элементами ввода светового потока, на входе которых установлены источники света, а выходы оптически соединены с прозрачным объемом, геометрия дополнительных оптических элементов обеспечивает направленный ввод светового потока внутрь объема под углами большими, чем критический, при этом S₁/S₂=3...10, где S₁ - площадь выходного сечения дополнительных оптических элементов, S₂ - площадь входного сечения дополнительных оптических элементов, и коэффициенты преломления дополнительных оптических элементов и прозрачного объема связаны соотношением n₂≥_{n1, где n2 - коэффициент преломления дополнительного оптического элемента, n1 - коэффициент преломления прозрачного объема.}2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительный оптический элемент выполнен в виде плоскопараллельной пластины, имеющей оптический контакт с прозрачной, например, плоскопараллельной панелью.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительный оптический элемент выполнен в виде клина, у которого поверхность S₂ плоская и перпендикулярна поверхности прозрачного объема, например поверхности плоскопараллельной прозрачной панели.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхность S₂ выполнена выпуклой или наклоненной к поверхности прозрачного объема, например к плоскости поверхности плоскопараллельной прозрачной панели.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что одна из поверхностей устройства, например торцевая поверхность плоскопараллельной прозрачной панели, выполнена зеркальной.