Пристрій для освітлення

1. Пристрій для освітлення, складений з пластинчатого світлопровідника, що використовується спільно з лінійними джерелами світла, що розташовані з торців, на одній поверхні якого виконані розсіюючі канавки, який відрізняється тим, що канавки виконані трикутними, грані їх знаходяться під кутом 45° до поверхні світлопровідника і мають світловідбивальне (дзеркальне) покриття, а канавки виконані з кроком значно більшим ширини канавки і розташовані паралельно джерелам світла, при цьому джерел світла може бути від одного до чотирьох. 2. Пристрій по п. 1, який відрізняється тим, що світлопровідник виконують в вигляді гнучкої або еластичної пластини, плівки або стрічки. 3. Пристрій по пп. 1,2, який відрізняється тим, що світлопровідник зігнутий в одній або двох площинах з циліндричною, сферичною, параболічною або іншою кривизною. 4. Пристрій по пп. 1-3, який відрізняється тим, що світловідбивальні грані світлопровідника розташовані під кутами відмінними від 45°, і такими, що забезпечують відбиття світла в потрібну точку простору. 5. Пристрій по пп. 1-4, який відрізняється тим, що канавки виконують на обох поверхнях світлопровідника. 6. Пристрій по пп. 1-5, який відрізняється тим, що замість канавок виконують заглиблення в вигляді чотирикутних або трикутних пірамід. 7. Пристрій по пп. 1-6, який відрізняється тим, що канавки або пірамідальні заглиблення виконують з різною щільністю розташування і (або) глибиною, обернено пропорційною щільності світлового потоку. 8. Пристрій по пп. 1-7, який відрізняється тим, що одну або дві грані світлопровідника навпроти джерела світла виконують з світловідбивальним покриттям, повертаючи світловий потік, що пройшов крізь увесь світлопровідник, назад. A (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ОСВІТЛЕННЯ 32818 16. Пристрій по п. 15, який відрізняється тим, що світловідбивальні поверхні граней покривають зі зворотної сторони, при необхідності, світлопоглинаючим покриттям, а інші не мають покриття, при цьому канавки (пірамідальні заглиблення) заповнюють матеріалом з оптичною щільністю, близькою до матеріалу світлопровідника. 17. Пристрій по пп. 15, 16, який відрізняється тим, що три з чотирьох зображень виконують для кожного з основних кольорів (R, G, В), а четверте використовують для підсвітлення. 18. Пристрій по пп. 1-17, який відрізняється тим, що на одну або обидві поверхні світлопровідника наносять клеючу сполуку одним з двох засобів: перший - вузькими смугами (при використанні канавок або східців) або точками (при використанні пірамідальних заглиблень) над світловідбивальними гранями з боку, протилежного виходу світла з цієї грані (заповнюючи заглиблення, якщо вони не заповнені) таким чином, що клеюча сполука підноситься над поверхнею світлопровідника на висоту, достатню для відсутності контакту між поверхнею світлопровідника і іншою поверхнею після їх склеювання, другий - всю поверхню світлопровідника покривають, прозорою клеєвою сполукою, оптична щільність якої менша оптичної щільності матеріалу світлопровідника настільки, щоб забезпечити повне внутрішнє відбивання променів в світлопровіднику, а на поверхню покриту клеєвою сполукою, наносить плівку, адгезійна міцність скріплення її з клеєвою сполукою менша міцності клеєвої сполуки і адгезійної міцності скріплення клеєвої сполуки з матеріалом світлопровідника. 19. Пристрій по пп. 1-5, 7-11, 13, 18, який відрізняється тим, що усі або частина світловідбивального покриття з'єднані електрично між собою і по них пропускають електричний струм, забезпечуючи підігрів світлопровідника, при цьому електричне з'єднання може бути паралельним, паралельнопослідовним або послідовним. Винахід відноситься до джерел світла, а саме до пристроїв перерозподілу світла шля хом світловідбивання. Пристрій для освітлення застосовується там, де необхідно: - мати рівномірно розподілене направлене світло (наприклад, стеляне і стінове освітлення, освітлення операційних, підсвітлення рекламних і виставочних слайдів, при світлокопіюванні, при фотозніманні і ін.); - сполучати розподілене або сфокусоване світло з прозорістю джерела світла (наприклад, використати в окулярах для офтальмологів, стоматологів, хірургів (особливо в польових умовах), при точних і важкодоступних для одночасного освітлення і спостереження роботах, а також при одночасном використанні сонячного і штучного освітлення); - забезпечити додаткове "затінення" скла, створюючи їх світимість в сторону небажаного зовнішнього спостерігача, при цьому прозорість скла для внутрішнього спостерігача залишиться попередньою (наприклад, скла автомобілів, офісів і ін.); - одержувати в кожну сторону від світлопровідника до чотирьох однокольорових зображень з можливістю їхнього накладення, зміни кольорів і яскравості, або повнокольорового зображення з можливістю зміни яскравості, контрасту і кольорів, при цьому забезпечується, при необхідності, прозорість (наприклад, рекламні щити, скло вітрин, офісів і ін.). Відомий пристрій для підсвітлення діапозитивів, що містить пластинчастий світлопровідник, на одній поверхні якого виконані розсіюючі канавки, а джерела світла розташовані у його торців [1]. Недоліки пристрою, якщо застосовувати його не тільки для підсвітлення діапозитивів, а й для наведених ви ще функцій, наступні: - немає рівномірно направленого світла, який дозволяє значно краще освітлювати об'єкт на відстані, ніж при використанні рівномірно розсіяного світла; - непрозорість світлопровідника впоперек його площини, що не дозволяє використати пристрій для одночасного підсвітлення і спостереження з іншого боку ; - негнучкість світлопровідника, що є незручно при виготовленні, транспортуванні і експлуатації при великих його габаритах; - не дозволяє формувати водночас декілька зображень в різних комбінаціях або повнокольорового зображення з регулюванням кольорів і контрасту. В основу винаходу поставлено задачу поширити область застосування пристрою, удосконаливши світлопровідник, шляхом заміни розсіюючих поверхонь на світловідбивальні розташуванням світловідбивальних поверхонь як на одній, так і на інший поверхнях світлопровідника, з певними щільністю, розміром, формою і кутом нахилу до поверхні світлопровідника, наданням світлопровіднику гнучкості, еластичності і необхідної кривизни поверхні, що забезпечує отримання рівномірного направленого або сфокусованого світла, суміщення джерела світла з оком спостерігача не осліплюючи останнього, отримання до 8 зображень на одному світлопровіднику або двох повнокольорових з можливістю різних світлови х е фектів. Для пояснення роботи пристрою для освітлення наведені креслення. На фіг. 1 приведено загальний вигляд пристрою для освітлення в виконанні, коли пластинчастий світлопровідник 1 має прямокутну конструкцію, освітлюється з трьох сторін (з трьох торців пластини) лінійними джерелами світла 2, при цьому у дво х торців світлопровідника встановлені коліматори 3 (по п. 13 ф-ли), а один торець має світловідбйвальне покриття 4 (по п. 8 ф-ли). На фіг. 2 зображена збільшена частина світлопровідника 1 (виносний елемент А фіг. 1) яка виконана з трикутними канавками 5 (по п. 1 ф-ли). На фіг. 3 зображено поперечний переріз світлопровідника 1 (переріз Б-Б фіг. 2). На фіг. 4 зображено збільшена частина поперечного перерізу світлопровідника 1 по трикутній канавці (виносний елемент В фіг. 3). грані якої мають світловідбивальне 6 і світлопоглинаюче 7 покриття (по п. 15 фли). На фіг. 5 зображена збільшена частина світлопровідника 1 (виносний елемент А фіг. 1), яка 2 32818 виконана з пірамідальними заглибленнями 8 (по п. 6 ф-ли). На фіг. 6 зображено збільшений поперечний переріз світлопровідника 1 по пірамідальному заглибленню (переріз Г-Г фіг. 5), грані якого мають світловідбивальне покриття 6. На фіг. 7 зображено збільшений поперечний переріз (переріз Г-Г фіг. 5) світлопровідника 1 по пірамідальному заглибленню (другий варіант виконання), коли одна грань (з двох видимих) пірамідального заглиблення має світловідбивальне покриття 6, на зворотній стороні якого нанесене світлопоглинаюче покриття 7, а друга не має покриття, при цьому об'єм пірамідального заглиблення заповнено прозорим матеріалом 9 (по п. 16 ф-ли). На фіг. 8 зображено збільшений поперечний переріз (переріз Г-Г фіг. 5) світлопровідника 1 по пірамідальному заглибленню (третій варіант виконання), коли пірамідальне заглиблення має світловідбивальне покриття 6 і заповнене клеєвою сполукою 10 (по п. 18 ф-ли). Пристрій для освітлення працює наступним чином: світло від джерела світла 2 крізь коліматор 3 надходить в пластинчастий світлопровідник 1, з кутами входження світлових променів, що забезпечують повне внутрішнє відбивання світла від площин світлопровідника. Потрапляючи на світловідбивальну поверхню 6, розташовану під кутом близьким 45 град до площини світлопровідника 1, світловий промінь 11 змінює напрямок свого руху на кут, близький 90 град і виходить з світлопровідника 1, створюючи спільно з іншими променями світловий потік. що використовується по якомусь призначенню (наприклад, для освітлення, підсвітки або формування зображення). В зв'язку з тим, що конструкція пристрою для освітлення має множину варіантів виконання в залежності від врахування або не врахування окремих пунктів Формули, а також в зв'язку з тим, що суть винаходу достатньо повно викладена в формулі і більшість пунктів формули проілюстровані, то додамо тільки деякі пояснення по окремим пунктам формули. До пункту 1 ф-ли. З приводу розсіяного і відбитого світла. Розсіяне світло ефективне коли необхідно освітлювати на відстанях менш характерного розміру випромінювача, а на більшій відстані тільки мала частина розсіяного світла доходить до місця освітлення. Інтенсивність відбитого світла слабко залежить від відстані і навіть може збільшуватися якщо його фокусувати в якесь місце. З приводу щільності і напрямку розташування канавок. В прототипі (в опису) канавки розташуються поруч одна біля іншого світло відбивається фактично тільки від однієї (гладкої) поверхні, а перевипромінювання (розсіювання) світла на другій поверхні здійснюється в основному у напрямку прийшедшего світла (до речі, гладка розсіююча поверхня більше б розсіювала світло в напрямку від джерела світла і забезпечувала б меншу нерівномірність освітлення), тому освітлення канавок буде оберт пропорційно відстані від лінійних джерел світла, тобто нерівномірність освітлення буде високою. При розташуванні канавок з кроком значно більшим ширини канавки, тільки частина світла розсіюється на поверхні канавки, а більша частина сві тла проходить далі багаторазово відбиваясь від обох поверхонь світлопровідника, при цьому буде досягатися як прозорість світлопровідника так і зменшення нерівномірності освітлення. В зв'язку з тим, що грані канавок виконуються з світловідбивальним покриттям, то вони повинні бути розташовані паралельно джерелу (джерелам) світла, щоб забезпечувати відбивання світла перпендикулярно до площини світлопровідника. З приводу кількості джерел світла. Кількість джерел світла обмежена кількістю напрямків в площині що не доповняють один одного, а саме чотири. До пункту 2 ф-ли. Переваги гнучкості і еластичності очевидні, однак радіус згибу сві тлопровідника при експлуатації обмежений умовою повного внутрішнього відбивання від площин світлопровідника. Застосування гнучких і еластичних пластин, плівок або стрічок вказує на те, що в якості матеріалу для їхнього виготовлення використовується не скло (хоча і воно не виключається), а інші прозорі матеріали, що мають переваги: при виготовленні - нижчі температури отримання, не потрібна додаткова обробка (наприклад, поліровка), простіше виготовлення канавок; при транспортуванні - скручування світлопровідника в рулон, який легше за рахунок застосування матеріалів з меншою питомою вагою; при експлуатації - менш крихка конструкція, можливість кріпити всебічним розтягом або нанесенням на жорстку поверхню. Еластичність дає можливість нанесення світлопровідника на складну поверхню (наприклад, на барельєф, придаючи йому світимість) або змінювати кривизну поверхні при експлуатації. До пункту 3 ф-ли. В зв'язку з тим, що світловий потік виходить з світлопровідника майже перпендикулярно його поверхні, то згинаючи світлопровідник, або виробляючи його з початковою кривизною, можна формувати необхідну пляму освітлення. До пункту 4 ф-ли. Обмеження довільної деформації може бути викликане, наприклад, обмеженням радіусу кривизни кутом повного внутрішнього відбивання, тому подальший доворот світлового потоку здійснюється зміною куту на хилу граней канавок, а в подальшому пірамід і східень. Може також виникнути необхідність щоб з плоскої (наприклад, стеля) або навіть опуклої (наприклад, поверхня оптичних стекол окулярів) поверхні одержувати сфокусовану пляму освітлення. Хоча формування кожної або груп граней під різним кутом може видатись і складною процедурою, але при великій необхідності або масовому виробництві воно себе виправдає. До пункту 5 ф-ли. Може застосовуватися, наприклад, в рекламних щита х, в шибках офісів, ресторанів для створення освітлення назовні для погіршення звідти спостереження всередину, і освітлення всередині. До пункту 6 ф-ли. Недолік канавок виявився при попередніх розрахунках передбачуваної конструкції (з урахуванням пункту 7 ф-ли), коли вимагалися: рівномірність випромінювання зі всієї поверхні світлопровідника, практично непомітність спостерігачу окремих ка 3 32818 навок і достатні його розміри (метр і більш). Цей недолік полягав в тому, що для виконання цих умов вимагалася дуже маленька глибина канавок, на рівні декількох мікрон, що порівняно з довжиною хвилі видимого світла, а це викликає складність як в формуванні канавок, так і в нанесенні світловідбиткового покриття, що забезпечувало б високі світловідбивальні властивості (із-за малих товщин покриття). Тому запропоноване використати пірамідальні заглиблення (ПЗ), глибина яких в декілька разів більш глибини канавок при тих же умовах. Друге достоїнство ПЗ перед канавками в тому, щоб одержувати рівномірне освітлення з поверхні світлопровідника треба крок між канавками міняти пропорційно світловому потоку, що пройшов, а при використанні ПЗ, крок між ПЗ змінюється пропорційно кореню квадратному з пройшедшего світлового потоку, за рахунок зменшення кроку між ПЗ як вздовж світлового потоку, так і упоперек його. ПЗ з чотирикутною підставою застосовується, коли використовуються зустрічні і (або) взаємоперпендикулярні світлові потоки в світлопровіднику, при використанні одного або неперпендикулярних світлових потоків краще використати ПЗ з трикутною підставою (вище прозорість світлопровідника за рахунок меншої площі підстави, менше вибирається матеріалу при формуванні заглиблення або менша деформація світлопровідника при формуванні заглиблення видавлюванням). До пункту 7 ф-ли. Підвищуючи щільність розташування відбивальних поверхонь по мірі зменшення світлового потоку в світлопровіднику можна добитися майже повного використання світлового потоку для освітлення, однак при цьому прозорість світлопровідника буде мінятися значно. Вирішити цю проблему призначені пункти 8, 9 ф-ли. До пункту 8 ф-ли. Спрощення виготовлення полягає в зменшенні необхідної кількості канавок (або ПЗ) більш, ніж в два рази, при тих же параметрах використання світлового потоку. Поліпшення умов експлуатації полягає в зменшенні нерівномірності прозорості світлопровідника, або в зменшенні нерівномірності світимості світлопровідника при однаковій прозорості, а також в тому, що замість двох джерел світла зі зустрічними потоками використовується один, що особливо важливо там, де застосування другого джерела практично неможливо, наприклад, в склі автомобіля, що відкривається. До пункту 9 ф-ли. Хоча отримати пластину або плівку зі східчастою зміною товщини значно складніше, але воно окупиться високою рівномірністю випромінювання з поверхні, високою рівномірністю прозорості і високим ККД використання світлового потоку. Звичайно можна і не вирівнювати товщину світлопровідника, якщо не домагатися повного використання світлового потоку - не доводячи товщину світлопровідника до однієї або декількох сходень. До пункту 10 ф-ли. Вирішуються відразу дві проблеми - повне використання світла і вирівнювання поверхонь світлопровідника. До пункту 11 ф-ли. При використанні з гарним точечним джерелом, а ще краще з джерелом що випромінюють в площині або в секторі, наприклад, лазерний промінь разфокусований лінзою з циліндричними поверхнями, можна отримати конкурентоспроможну конструкцію в порівнянні з конструкціями по іншим пунктам ф-ли. До пункту 12 ф-ли. Використання спільно зі світлопровідником кільцевого джерела світла (в даному випадку під кільцевим джерелом світла розуміється пристрій що формує сві тловий потік всередину в площині кільця), викликаного певними причинами, наприклад, необхідність круглого світлопровідника (ілюмінатор), може мати місце, тому для поліпшення їхнього спільного використання призначений цей пункт ф-ли. До пункту 13 ф-ли. Обмеженням кутів входження світла вздовж площини світлопровідника досягається непопадання світла від одного джерела на відбиткові поверхні, призначені для освітлення іншим джерелом. Обмеження кутів входження поперек площини світлопровідника необхідно для забезпечення кутів світлового потоку, що падає на поверхні світлопровідника, більше куту повного внутрішнього відбивання, а при необхідності згинання світлопровідника - з запасом на цей згин. До пункту 14 ф-ли. В цьому пункті ф-ли іде якісний перехід конструкції від формування світлового потоку для освітлення до формування світлового потоку що несе зображення, яке здійснюється зміною щільності нанесення світловідбивальних граней. До пункту 15 ф-ли. Подальший розвиток попереднього пункту формули полягає в розподілі загального зображення, що формується всіма джерелами світла, на окремі незалежні зображення, що формуються кожним джерелом світла, таким чином в першому випадку включаючи кожне джерело світла окремо буде формуватися одне і теж зображення, а в другому випадку - різні зображення. В обох випадках колір зображення буде відповідати кольору джерела світла. Грані, що не беруть участь в формуванні зображень мають світлопоглинаюче покриття. До пункту 16 ф-ли. Для зменшення світлопоглинання невикористовуємими гранями канавок (або ПЗ) вони фактично прибираються, а заодно і вирівнюється поверхня світлопровідника. До пункту 17 ф-ли. Подальший розвиток пункту 15 формули, це: - отримання повнокольорового зображення, а для цього достатньо накласти три зображення одного і того ж полнокольорового зображення в трьох основних кольорах - червоному (R), зеленому (G) і блакитному (В), а четверте зображення можна ви-користати як завгодно: накладати ще одне зображення; формувати фон, контур або ін.; - робити загальну підсвітку білим або іншим кольором, таким чином міняти контраст повнокольорового зображення. Міняючи яскравість і (або) колір джерел світла можна створювати різноманітні світлові ефекти на зображенні. 4 32818 До пункту 18 ф-ли. При першому засобу нанесення клеєвої сполуки немає вимог до його оптичних властивостей, при другому засобі - простіше нанесення сполуки, але до її додаються вимоги щодо його оптичних властивостей. Покриття клеєвої сполуки плівкою не несе новизни, але залишити клеючу поверхню відкритої значить недопрацювати конструкцію. До пункту 19 ф-ли. Маючи фактично готову конструкцію для боротьби з "запотіванням" (особливо актуально для хірургів) – світло відбивальні поверхні як правило електропровідні і покривають всю поверхню світлопровідника, а також наявність електричної енергії - джерела світла скоріше всього електричні, можна легко з їхньою допомогою організувати підогрів світлопровідника, електричне з'єднавши (можливо десь і роз'єднавши) світловідбивальні поверхні між собою і пропустивши електричний струм. Найбільш імовірне з'єднання це паралельно-пос лідовне, коли частина електропровідних поверхонь з'єднана паралельно в групах, які в свою чергу з'єднуються послідовно, при цьому здійснюється підгонка загального опору під потрібну напругу і потужність. Проблеми, що можуть виникнути при реалізації даного пристрою: по-перше - це необхідність достатньо потужного джерела лінійного випромінювання з малим поперечним розміром і великим поздовжнім для вигоди експлуатації і пристойного дизайну, вдр уге - це формування світлового потоку від джерела світла з необхідними кутами входження і достатньо високим ККД входження світла в світлопровідник. Джерело інформації 1. Авторське свідоцтво № 619751, опубл. 15.08.1978 г. Автор В. С. Філатов. Бюлетень № 30. Клас F21 V 33/00. Фіг. 1 Фіг. 3 Фіг. 2 Фіг. 4 Фіг. 5 5 32818 Фіг. 6 Фіг. 7 Фіг. 8 __________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 6