Світловий інформаційний екран

Винахід відноситься до областей освітлювального устаткування, світлової візуальної реклами і дизайну інтер'єрів. У рекламній практиці широко використовується світлові короби типу "Light Box", які призначені для висвітлення кольорової інформації, що нанесена на прозорих плівках. Рівномірність освітлення забезпечується за допомогою використання великої кількості люмінесцентних ламп трубчастої форми і матових, дифузно проникних екранів. Зазначені пристрої мають великі габарити і масу, також високі значення споживання електричної енергії. Актуальність винаходу визначається потребами створення нових конструктивних рішень світлових інформаційних екранів, що привнесли б у рекламне інформаційну галузь нові технології, які зберігають енергію та ресурси, а також мають нові споживчі властивості в нових областях використання рекламне інформаційних і освітлювальних пристроїв. Відомі світлові інформаційні екрани типу "Acryllight - Акриллайт" з підсвічуванням торця світлопровідного елемента ["АСТРА" Сотр. "Зовнішня світлова інформація", Каталог компанії, 2002], який вибрано першим аналогом. Зазначені екрани містять один світлопровідний елемент, виконаний у вигляді прямокутної пластини з оптично прозорого акрилового скла, на широкій полірованій поверхні якого виконані дифузно відбиваючі світлові промені знаки. Підсвічування торця забезпечується тим, що одна з вузьких поверхонь світлопровідного елемента оптично погоджені з трубчастою люмінесцентною лампою. Завдяки світлопровідному ефекту і дифузійному розсіюванню світлових променів зазначені знаки на поверхні світлопровідного елемента світяться. У об'єкта, який заявляється, і аналога збігаються наступні істотні ознаки: - наявність світлопровідного елемента, виконаного з оптично прозорого акрилового скла; - виконання на широкій поверхні світлопровідного елемента дифузно відбиваючих знаків. Недоліками конструкції пристрою-аналогу, які не дозволяють вирішити поставлене технічне завдання, є: - відсутність у конструкції аналогу світло відбиваючої поверхні, необхідної для рівномірного висвітлення інформації, розміщеної на прозорому плівковому носії; - статичність режиму висвітлення дифузно відбиваючих знаків; - наявність тільки одного світлопровідного елементу і обмеженість його форми у вигляді прямокутної пластини; - низька ефективність використання світла. Вищенаведені недоліки аналога визначаються використанням люмінесцентної лампи, для торцевого підсвічування. По перше, форма і габарити люмінесцентної лампи диктують форму і габарити світлопровідних елементів, по друге, співвідношення між площею прийомної поверхні світлопровідного елемента і всієї поверхні випромінювання люмінесцентної лампи складає значення менше одиниці, тому усередину оптичного середовища надходить тільки частина світлової енергії. Так, наприклад, для ламп із діаметром до 15мм і товщиною акрилового скла 6мм усередину скла надходить тільки від 20 до 30% усієї випромінюваної світлової енергії. Для підсвічування плівкових носіїв інформації призначені відомі світлові інформаційні екрани фірми "KRASLEX [Ка талог компанії, 2002], обраних як другий аналог. Екрани - аналоги містять у своєму складі одну світлопровідну пластину прямокутної форми з акрилового скла, на поверхні якої виконано світло відбиваюче тло, у вигляді лінійчатого растру з періодичною структурою дифузно відбиваючих і дзеркально відбиваючих фігур. Принаймні, одна вузька полірована поверхня світло провідної пластини оптично погоджена з люмінесцентною лампою трубчастої форми. У об'єкта, який заявляється, і у аналога збігаються наступні істотні ознаки: - наявність світло провідного елементу, виконаного з оптично прозорого акрилового скла; - виконання на широкій поверхні світлопровідного елемента дифузно відбиваючих знаків; - наявність світлопровідної поверхні, виконаної у вигляді растрової стр уктури. Недоліками конструкції пристрою-аналога, які не дозволяють вирішити поставлене технічне завдання є: - наявність тільки одного світлопровідного елементу; - статичність режиму висвітлення дифузно відбиваючих знаків; - низька ефективність використання світла від люмінесцентної лампи; - порівняно високе споживання електричної енергії, необхідної для роботи декількох люмінесцентних ламп; - обмеженість форм світлопровідних елементів у вигляді прямокутних пластин; - обмеженість періоду, габаритів і форм дифузно відбиваючих і дзеркально відбиваючих фігур растрової структури. Як показує аналіз, наявність в конструкції екрана аналога світло відбиваючої поверхні у вигляді растрового тла не звільняє аналог від недоліків, зв'язаних з використанням люмінесцентних ламп. Габарити і форма трубчасто ї люмінесцентної лампи є причинами обмеженості числа і форми світлопровідного елемента. Низька ефективність підсвічування растрового світло відбиваючого тла зв'язана не тільки з низькою ефективністю використання світла, але і з законом експонентного зниження амплітуди (інтенсивності) світлового випромінювання при багаторазових відбиваннях променів від дифузно відбиваючих поверхонь. Зниження інтенсивності приводить до появи нерівномірності підсвічування і накладають визначені обмеження на значення максимальної площі світлового інформаційного екрана. За допомогою використання більш потужних ламп можливо спробувати збільшити площу висві тлення, однак досягти при цьому рівномірності підсвічування по площі растрового тла не вдається. Обмеження на значення періоду і габаритів растрової структури світло відбиваючої поверхні зв'язані зі здатністю ока людини бачити об'єкти з кутовими розмірами, які не перевищують одну кутову хвилину. Якщо період дифузно відбиваючих елементів у растрі буде перевищувати значення кутової зоровій здатності ока, то спостерігач буде бачити окремі растрові елементи і не зможе сприймати світло відбиваючу поверхню як єдине ціле. З цього випливає, що період растру для спостерігача, що знаходиться на відстані 1 метра від екрану, не повинен перевищува ти 0.4 мм. Такі растри технологічно складні у виконанні і мають малі розміри дзеркально відбиваючих поверхонь. Крайові оптичні ефекти на границі розділу дифузно відбиваючих і дзеркально відбиваючих фігур не забезпечують ефективного перерозподілу світлового випромінювання для досягнення рівномірності висвітлення растрового тла. Найбільш близьким по сукупності ознак до пристрою, який заявляється, є світловий інформаційний екран, виконаний відповідно до формули винаходу Деклараційного патенту України №55035 А від 17.06.2002р. "Пристрій для демонстрації інформації". Зазначений пристрій обраний як прототип і містить, принаймні, два світлопровідних елементи, встановлених на відстані один від одного і які утворюють єдиний інформаційний блок, на широких полірованих поверхнях кожного світлопровідного елемента розміщені дифузно відбиваючі і/чи дифузно проникні знаки. Пристрій містить також набори світлодіодів, що, з одного боку, оптично погоджені, принаймні, з однією вузькою поверхнею кожного зі світлопровідних елементів, а, з іншого боку, електрично зв'язані з електронним блоком програмного управління. В пристрої, який заявляється, і у прототипі збігаються наступні істотні ознаки: 1 - наявність, принаймні, двох світлопровідних елементів встановлених на відстані один від одного і які утворюють єдиний блок, поверхні зазначених елементів виконані полірованими і на одній із широких поверхонь кожного світлопровідного елемента виконані дифузно проникні і/чи дифузно відбиваючі промені знаки; 2 - наявність світло випромінюваних діодів, оптично погоджених з вузькими полірованими поверхнями (торцями) світлопровідних елементів; 3 - електричний зв'язок світлодіодів із блоком електронного програмного управління. Зазначені ознаки пристрою прототипу, в порівнянні з вищенаведеними аналогами, мають більш високу ефективність використання світлової енергії в силу малих розмірів світлодіодів, які мають співвідношення товщини світлопровідного елемента до розмірів випромінювача світлодіода більше одиниці. Однак збільшення числа і потужності світлодіодів підсвічування, у силу ви щеописаного експонентного закону зниження інтенсивності світлового випромінювання, не забезпечують рівномірного висвітлення плівкових носіїв інформації. Об'єднання зазначених ознак у прототипі не дозволяють вирішити нове технічне завдання, яке стоїть перед пристроєм - збільшення площі рівномірного висвітлення світло відбиваючої поверхні світлового інформаційного екрана, з додатковим колірним підсвічуванням дифузно відбиваючих і/чи дифузно проникних знаків у динамічному режимі, з одночасним зняттям обмежень на форму світлопровідних елементів, а також на форми і розміри дифузно відбиваючих елементів у растровому світло відбиваючому тлі. Аналіз технічних властивостей світлового інформаційного екрана -прототипу, обумовлених його ознаками, показує, що одержанню очікуваного нового технічного результату перешкоджають дві причини: 1 - інтенсивність світла при багаторазових відбиттях від дифузно відбиваючих поверхонь по ходу проміння знижується по експонентному закону; 2 - кутова зорова здатність ока людини накладає обмеження на розміри растрових елементів світло відбиваючого тла. В основу винаходу поставлене завдання створення такого світлового інформаційного екрана, у якому удосконалення зроблене шляхом: - нанесення на широкі поверхні двох світлопровідних елементів двох множин дифузно відбиваючих і дзеркально відбиваючих симетричних фігур, які утворюють дві періодичні растрові структури; - розміщення кожної дифузно відбиваючої фігури першого растра на одній осі до конформної йому дзеркально відбиваючої фігури другого растра; - вибору значення проміжку між границями сполучених дифузно відбиваючих і дзеркально відбиваючих фігур, менших кутової зоровій здібності ока людини; - вибору значення відносини максимальної ширини дифузно відбиваючого елемента до його мінімальної ширини по ходу світло вого променя. Ці удосконалення дозволяють, при їхньому використанні в пристрої, забезпечити досягнення технічного результату, який полягає в збільшенні площі рівномірного висвітлення світло відбиваючої поверхні світлового інформаційного екрана, з одночасним колірним підсвічуванням дифузно відбиваючих і/чи дифузно проникних знаків у динамічному режимі, з одночасним зняттям обмежень на форму світлопровідних елементів, на форму і розміри дифузно відбиваючих елементів і забезпечення декоративності. Світловий інформаційний екран, який заявляється, містить, принаймні, два світлопровідних елементи, встановлених на відстані один від одного, на широких полірованих поверхнях яких розміщені дифузно проникні і/чи дифузно відбиваючі світло знаки, набори світлодіодів, які, з одного боку, оптично погоджені принаймні, з однією вузькою полірованою поверхнею кожного зі світлопровідних елементів, а з другого боку, электрично зв'язані із електронним блоком програмного управління. Від прототипу пристрій, який заявляється, відрізняється тим, що на широких поверхнях першого і другого світлопровідного елемента розміщено по дві множини дифузно відбиваючих і дзеркально відбиваючих фігур, які утворюють два періодичних растри, при цьому растрові фігури виконані симетричними, дифузно відбиваючі фігури першого растру виконані конформними дзеркально відбиваючим фігурам і розміщені на одній осі з ними із проміжками lmin між границями сполучених конформних фігур, які не перевищують однієї кутової хвилини, причому співвідношення максимальної ширини D будь-якої дифузно відбиваючої фігури до його мінімальної ширини d по ходу світло вого променя обрано з інтервалу значень l £ D / d £ (L / n) де - n число дифузно відбиваючих фігур рівномірно розміщених по всій ширині L світлопровідного елементу. В основу світлового інформаційного екрана, який заявляється, поставлено завдання розробки такого пристрою, при використанні якого досягається технічний результат, який полягає в збільшенні площі рівномірного висвітлення світло відбиваючої поверхні світлового інформаційного екрана, з одночасним зняттям обмежень на форму світлопровідних елементів, а також на форми і розміри дифузно відбиваючих елементів обох растрів на світло відбиваючому тлі і забезпечення декоративності візуальної інформації. Між сукупністю істотних ознак по пункті 1 формули винаходу і технічним результатом є причинно-наслідковий зв'язок, який визначає винахідницький рівень пристрою, який заявляється. За рахунок ознак використання двох растрових структур, виконаних на двох світлопровідних елементах, симетричності їхніх форм і умови сполучення в єдину світло відбиваючу поверхню в пристрої, реалізуються наступні можливості: 1 - за рахунок виконання світло відбиваючої поверхні у вигляді об'єднання двох растрових структур досягається збільшення інтенсивності її підсвічування в два і більш рази за рахунок додавання світлових потоків від двох растрів; 2 - використання двох растрів, у свою чергу, дозволяють збільшити період утворюючих його дифузно відбиваючих і дзеркально відбиваючих фігур, наслідком чого забезпечується легкість сполучення першого і другого растра в єдину світло відбиваючу поверхню; 3 - принцип сполучення двох растрів у єдин у світло відбиваючої поверхня знімає обмеження на значення періоду і форми дифузно відбиваючих і дзеркально відбиваючих фігур, тому що умова обмеження періоду растра по кутовій зоровій здатності ока людини уже відноситься не до параметрів самого растра, а лише до проміжків між границями двох сполучених дифузно відбиваючих конформних фігур, так середня кутова зорова здібність ока людини складає одну кутову хвилину тому лінійне значення проміжку обрано з інтервалу lmin £ S × tgj 0 » (S / 0. 25) × 0. 1 (мм), де S - відстань від спостерігача до площини ближнього растра; j 0 - зорова кутова здатність ока людини; 4 - вибрати закон зміни площі дифузно відбиваючих і дзеркально відбиваючих фігур першого і др угого растрів по ходу світлового променя для регулювання рівня освітленості світло відбиваючої поверхні, наприклад, площа дифузно відбиваючих фігур першого растра з боку світлодіодів має мінімальне значення, а по ходу проміння збільшується по лінійному закону. 5 - вибрати будь-які форми дифузно відбиваючих і дзеркально відбиваючих фігур, які сполучаються між собою, у тому числі і криволінійні, за умов виконання цих фігур симетричними і конформними, при цьому симетрія виключає поява діафрагмування поза осьових світлових променів, а виконання умови (1) досягається тільки, якщо дифузно відбиваючі і дзеркально відбиваючі фігури конформні одна одної. З вищерозглянутого випливає, що приведені ознаки пристрою, який заявляється, є істотними, між ними і технічними результатами, що досягаються, існують причинно-наслідкові зв'язки, які характеризують пристрій як винахід. Усі зазначені відмітні ознаки логічно зв'язані між собою і не дозволяють, без втрати кінцевого результату, зробити вичленовування кожного з них із цієї сукупності. Таким чином, відмітні ознаки є необхідними і достатніми для досягнення технічного результату. Наступні відмітні ознаки пристрою, який заявляється, є додатковими і конкретизують нові конструкції пристрою і можливі області його застосування. Пристрій, який заявляється, в окремих випадках виконання його конструкції характеризується наступними відмітними від прототипу ознаками. По п.2 дифузно відбиваючі і дзеркально відбиваючі фігури першого і другого растрів можуть бути виконані у вигляді множин смуг, розміщених паралельно оптичної вісі світлодіодів. При цьому перший растр паралельно зміщено відносно другого растра по одній координаті. Ці ознаки конкретизують конструктивне виконання світлових інформаційних екранів із прямокутними світлопровідними елементами. Ознака осьової симетрії дифузно відбиваючих і дзеркально відбиваючих фігур у ви гляді ліній, сполучених у єдину світло відбиваючу поверхню, забезпечують рівномірність висвітлення цієї поверхні при торцевому підсвічуванні світлодіодами з двох протилежних боків. Максимальна висота світлопровідних елементів не перевищує при цьому 1000мм. Експериментальне встановлено, що для пластин акрилового скла товщиною 5мм, використаних у якості світлопровідних елементів із суцільною світло відбиваючою поверхнею, максимальна висота Н освітлюваної світло відбиваючої поверхні не перевищує 450мм. При використання одного лінійчатого растра з періодом 2мм висота світло відбиваючого тла збільшується до 600 мм, а використання двох сполучених лінійчатих растрів з періодом 5 мм збільшує висоту світлопровідних елементів до 900мм. Зазначена сукупність відмітних ознак має причинно-наслідковий зв'язок з досягненням пристроєм технічної задачі збільшення площі рівномірного висвітлення світло відбиваючої поверхні. По п.3 один зі світлопровідних елементів з растром може бути встановлений з лінійним переміщенням відносно іншого растру. Наявність цієї ознаки забезпечує пристрою, який заявляється, появу ефекту сві тлового муару, що виявляється у вигляді хвиль зміни освітленості, які пробігають по світло провідній поверхні. Світловий муаровий ефект має визначену декоративність і може бути використаний у конструкції пристрою. Зазначена сукупність відмітних ознак конкретизує ознаки пристрою, який заявляється, і має причинно-наслідковий зв'язок з досягненням пристроєм технічної задачі забезпечення декоративності висвітлення. По п.4 формули винаходу растри світлового інформаційного екрана можуть бути виконані у вигляді двох множин чотирикутників, які торкаються між собою своїми вершинами. При цьому перший растр щодо другого растра паралельно зміщений по двох координатах. Чотирикутники, наприклад, ромби, є фігурами симетричними по двох координатах і це дозволяє виключити діафрагмування поза осьових світлових променів при підсвічуванні світлопровідних пластин з чотирьох боків. Це дозволяє збільшити площу рівномірного висвітлення світло відбиваючої поверхні в чотири рази. Зазначені відмітні ознаки конкретизують конструкції пристрою з прямокутними світлопровідними елементами, і зазначена сукупність відмітних ознак мають причинно-наслідковий зв'язок з досягненням пристроєм технічного завдання збільшення площі рівномірного висвітлення світло відбиваючої поверхні. По п.5 формули винаходу перший растр може бути виконаний у вигляді множини дзеркально відбиваючих фігур гомеоморфних колу, рівномірно розміщених на дифузно відбиваючій поверхні першого світлопровідного елементу, при цьому другий растр виконаний у вигляді множини дифузно відбиваючих фігур конформних дзеркально відбиваючим фігурам першого растра. Найбільш простий приклад гомеоморфізму форм дзеркально відбиваючих і дифузно відбиваючих фігур є фігури конформні контуру криволінійних світлопровідних елементів. Вибирають необхідну кількість фігур у растрі. При рівномірному розподілі зазначених фігур на поверхнях двох світлопровідних елементів вони утворюють єдину світло відбиваючу поверхню, яка висвітлюється світлодіодами, розміщеними на криволінійному контурі. Ця ознака виключає появу зон діафрагмування поза осьових світлових променів і забезпечує рівномірне висвітлення світло відбиваючої поверхні світлопровідних криволінійних елементів. Зазначені відмітні ознаки конкретизують конструкції пристрою з криволінійними світлопровідними елементами і зазначена сукупність відмітних ознак має причинно-наслідковий зв'язок з досягненням пристроєм технічної задачі збільшення площі рівномірного висвітлення світло відбиваючої поверхні. Зазначені відмітні ознаки конкретизують конструкцію світлових інформаційних екранів криволінійних форм. Таким чином, сукупність відмітних ознак у пристрою, який заявляється, забезпечує досягнення технічного результату, який полягає в збільшенні площі рівномірного висвітлення світло відбиваючої поверхні світлового інформаційного екрана, з одночасним зняттям обмежень на форму світлопровідних елементів, а також на форми і розміри дифузно відбиваючих елементів на растровому світло відбиваючому тлі і забезпечення декоративності. Сутність винаходу пояснюється графічними матеріалами, на яких зображено: на фіг.1 - загальний вигляд світлового інформаційного екрана; на фіг.2 - вигляд світлового інформаційного екрана збоку; на фіг.3 - вигляд А, з боку першого світлопровідного елемента; на фіг.4 - вигляд В, з боку др угого світлопровідного елемента; на фіг.5 - фронтальний вигляд двох світлопровідних елементів у блоці; на фіг.6 - фронтальний вигляд дифузно відбиваючих і дзеркально відбиваючих фігур із змінною площею. на фіг.7 - загальний вигляд світлового інформаційного екрана круглої форми; на фіг.8 - фронтальний вигляд першого світлопровідного елемента круглої форми; на фіг.9 - фронтальний вигляд другого світлопровідного елемента круглої форми; на фіг.10 - фронтальний вигляд двох світлопровідних елементів круглої форми в блоці; на фіг.11 - варіант світло відбиваючої поверхні блока світлопровідних елементів; на фіг.12-15 - варіант конструктивного виконання растрів світлового інформаційного екрану. У графічних матеріалах приведені наступні позначення: 1, 2, 3 - перший, другий і третій світлопровідні елементи; 4 - дистанційні прокладки; 5 - світло проникний плівковий носій інформації; 6 - графічна інформація на плівковому носії ; 7 - графічна і знакова інформація; 8 - корпус; 9 - дві гр упи білих світлодіодів; 10 - група кольорових світлодіодів; 11 - електрична плата; 12 - мікропроцесор 13 - дифузно відбиваючі фігури, виконані на поверхні першого світлопровідного елемента; 14 - дзеркально відбиваючі фігури, на цьому ж світлопровідному елементі; 15 - дифузно відбиваючі фігури на другому світлопровідному елементі; 16 - дзеркально відбиваючі фігури на другому світлопровідному елементі; 17 - дзеркально відбиваючі кола на світлопровідному елементі 1;; 18 - дифузно відбиваюче растрове тло; 19 - дифузно відбиваючі кола на світлопровідному елементі 2; 20 - дзеркально відбиваюча растрова поверхня. 21, 22 - дифузно відбиваючі фігури криволінійних форм растрів; 23, 24 - дзеркально відбиваючі фігури криволінійних форм растрів. На фіг.1 і 2 представлений загальний вигляд світлового інформаційного екрана, який складається з трьох світлопровідних елементів 1, 2, 3. Сві тлопровідні елементи 1 і 2 встановлені з проміжком А і, а світлопровідний елемент 3 віддалений від інших світлопровідних елементів 1 і 2 двома дистанційними прокладками 4 для розміщення в проміжку D 2 (фіг.2) прозорого плівкового носія 5 з повно кольоровою інформацією 6. На широкій поверхні світлопровідного елемента 3 розміщені дифузно відбиваючі і/чи дифузно проникні знаки 7. Блок світлопровідних елементів фіксується корпусом 8, усередині якого розміщені: - дві групи «білих» світлодіодів 9, оптично погоджених зі світлопровідними елементами 1,2, які електричне зв'язані з електронним блоком управління; - група «кольорових» світлодіодів 10, які також електричне зв'язані з електронним блоком управління; - електрична плата 11 з мікропроцесором 12 електронного блоку управління. Світлопровідні елементи 1-3 щодо спостерігача встановлені так, що елемент 1 є віддаленим, а елемент 3 ближнім. Світлопровідні елементи 1, 2 підсвічуються "білими" світлодіодами, елемент - 3 "кольоровими" світлодіодами в динамічному режимі програмного управління. На фіг.3 представлений вигляд А світлового інформаційного екрана з боку віддаленої від спостерігача поверхні світлопровідного елемента 1, на якій нанесений растр періодичної структури, який складається з множини дифузно відбиваючих фігур 13 у вигляді смуг чи ромбів, які торкаються своїми вершинами. Смуги і ромби 13 мають ширину D 3 (лінійне значення періоду). Ди фузно відбиваючі зони 13 розділені між собою дзеркально відбиваючими фігурами 14, які є прозорими. На фіг.4 представлений вигляд В світлового інформаційного екрана з боку віддаленої від спостерігача поверхні світлопровідного елемента 2, на якій нанесений растр періодичної структури, який також складається з множини дифузно відбиваючих фігур 15 у ви гляді чи смуг ромбів, що мають ширину (період) D 4 . Дзеркально відбиваючі фігури 16 розділяють дифузно відбиваючі фігури 15. Різниця між значеннями D 3 , D 4 обрана на підставі співвідношення (1). На фіг.5 представлений фронтальний вигляд блоку, зібраного з двох світлопровідних елементів 1 і 2, у яких растрові фігури 13-16 сполучені між собою зі збереженням умови (1). Растрові елементи 13, 14, 15 і 16 у сукупності утворюють світло відбиваючу поверхню. На фіг.6 представлений фронтальний вигляд світлопровідних елементів 1, 2, на поверхні яких нанесені дифузно відбиваючі елементи 13, 15, які змінюють свою площу, наприклад, площа збільшується при віддалені від світлодіода 9 по лінійному закону. Відповідним чином зміняються геометричні параметри дифузно відбиваючих і дзеркально відбиваючих фігур 14 і 16. На фіг.7 представлений загальний вигляд світлового інформаційного екрана зі світлопровідними елементами 1-3 круглої форми, зафіксованих кільцеподібним корпусом 8. На фіг.8 представлений фронтальний вигляд віддаленої від спостерігача поверхні світлопровідного елемента 1 круглої форми, на якій нанесений растр у вигляді множини дзеркально відбиваючих кіл 17 діаметром D1, рівномірно розподілених на дифузно відбиваючому тлі 18. На фіг.9 показане розміщення растра, складеного з дифузно відбиваючих кіл 19 з діаметром D 2