Оптическое приспособление для создания световых эффектов из цветных пятен

 

Сущность изобретения: устройство содержит пластину 1, участки, элементы 3 с фазовым рельефом , штрихи 5, цветные пятна 6, 7, отражающее зеркальное покрытие. 2 зя ф-лы, 9 ил

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5030126/t 2 (22) 0203.92 (46) 30.11.93 Бюл. Ия 43-44 (75) Агешин С.Ф„ Гончарский АВ.; Попов ВЗ (73) Попов Владимир Викторович (54) ОПТИЧЕСКОЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ м Ю2 а> 2004оозп (1) 5 Ст 02 В 5 18

СОЗДАНИЯ СВЕТОВЫХ ЭФФЕКТОВ ИЗ ЦВЕТНЫХ ПЯТЕН (57) Сущность изобретения: устройство содержит пластину 1, участки, элементы 3 с фазовым рельефом, штрихи 5, цветные пятна 6, 7, отражающее зеркальное покрытие. 2 зл. ф-лы,9 ил.

2004003

1 ф=

$1П Q

Изобретение относится к оптическим приспособлениям, создающим световые эффекты на основе дифракции света, и может быть использовано в рекламных целях, s шоу-бизнесе, для создания. игрушек с оп„тическими эффектами, а также при фото- и киносъемках с использованием эффектных светофильтров.

Известно использование для целей рекламы продукции и ее производителя, а также декоративной отделки помещений различных .

nb конструкции приспособлений, создающих оригинальный световые эффекты.

Такого типа:приспособления могут быть основаны на простой подсветке прозрачного материала со средствами для представления. соответствующего обозначения, например слова или фирменного наименования (патент США М 4240220. кл, 40/564,ф

1980). Устройство позволяет представлять. соответствующие буквенные и цифровые обозначения, а также символы и дизайнерские решения как в дневное, так и в ночное время; однако конструкция не.создает осо-. бого. радужного привлекающего внимание иэображения вокруг точечного источника света.

Другой оригинальной конструкцией такого типа является. приспособление для показа, создающее иллюзию глубины. Оно . состоит из системы зеркал со средствами для подсветки (патент. США bL 4139955, кл.

40/427, 1979); В одном из вариантов исполнения приспособления часть поверхности заднего зеркала выполнена. прозрачной, имеет форму обозначения в виде бука, При включенной подсветке наблюдатель видит наряду с собственным изображением серии. изображений обозначения и.источников света, уходящих вглубь приспособления, что создает у наблюдателя иллюзию глубины.

Присгрсоблеиие дает возможность получать. внешне -.ривлекательный декоративный эффект, однако отличается сложностью конструкции.

К другому классу рекламных и декоративных устройств относятся приспособления, основанные на дифракции света и. работающие как на пропускание, так.и на отражение света.

Известно декоративное изделие из пла стичного материала с нанесенным на него, . например, путем печати декоративным рисунком, фирменным наименованием или эмблемой. Нижней стороне материала придают рельеф в виде дифракционной решетки (например, спиральной или мозаичной спиральной) и покрывают слоем отражающего свет материала. При отражении света возникает красивый визуальный эффект, включающий обозначение на радужном фоне, зависящем от рисунка дифракционной решетки (патент США f44386123, кл. 428/29, 1983).

Недостатками устройства являются сложность конструкции. а также невозможность получения эффекта в.виде радужно окрашенного буквенного..или цифрового обозначения вокруг изображения точечного

" источника света, Наиболее близким к заявленному техническому решению является оптическое дифракционное приспособление, создающее радужный эффект (патент США М

4765724, кл. 350/162.18, 1988) и используе"5 мое в украшениях для дома, лампах и рекламных обьявлениях. УстройСтво выполнено в виде одного или.нескольких прозрачных элементов и листов одномерной или двумерной решетчатой пленки с

20: группами параллельных равноотстоящих друг от друга желобков, пересекающимися под определенным углом. Элементы и пленка склеены или закреплены друг относительно друга. При освещении устройства

25 йемонохраматическим светом получают цветную световую сетку, вид которой.зависит от природы, формы, количества и расположения источников света, плотности желобков на решетчатой пленке и угла пере30 сечения групп- желобков, Приспособление позволяет создавать большое количество различных световых .эффектов вокруг изображения источника света, однако не позволяет получить рекламные и декоративйые

35 световые эффекты в виде буквенных и циф,. ровых обозначений или.символов, В основу изобретения положена задача ., по созданию оптического приспособления, . обеспечивающего на основе дифракции света получение вокруг изображения источника света любых цветных или радужно окрашенных букв (например, фирменных наименований) или символов и отличающегося простотой конструктивного выполнения и

45 широкой областью возможного применения.

Поставленная задача решена тем, что оптическое приспособление для создания световых эффектов на основе дифракции выполнено в виде пластины с размещенным

50 по крайней мере на части ее поверхности набором одинаковых участков, каждый иэ которых состоит из и элементов, полностью или частично заполненных фазовым релье фом, причем рельеф поверхности i-го эле55 мента (i = 1...n) представляет собой.фазовую дифракционную решетку с периодом 4ь определяемым иэ соотношения

2004003 где А-длина волны падающего на пластину света. Мкм; а - угол отклонения луча света от нормали к поверхности пластины, и штрихами решетки, ориентированными перпендикулярно к заданному направлению формируемых решеткой элемента цветных пятен.

Таким образом, пластина представляет собой и одинаковых наборов дифракционных решеток с различными углами наклона штрихов и периодами, Излучение от. точечного источника света дифрагирует на решетках, причем на разных участках пластины на разные углы. что определяется периодом решетки, и в различных напралениях, что определяется углом поворота решетки. При этом вокруг источника света создается четное количество симметрично расположенных относительно изображения источника света цветных или радужно окрашенных надписей или символов

На фиг.1 схематично изображено оптическое приспособление; на фиг.2 — один иэ участков оптического приспособления с элементами, полностью заполненными фаэовым рельефом; на фиг.3 фазовый рельеф

1-го элемента; на фиг.4 — приспособление с отражающим зеркальным покрытием; на фиг.5 — приспособление с защитой от копирования; на фиг.б — схема работы приспособления с пропускающей свет пластиной; на фиг.7 — схема работы приспособления при размещении на пластине одного участка с элементами; на фиг;8 — схема работы приспособления при размещении на пластине нескольких одинаковых участков с элементами; на фиг.9 — пример надписи, созданной использованием оптического приспособления.

Оптическое дифракционное приспособление представляет собой празрачную пластину 1 (фиг.1), например, из стекла, по крайней мере на части поверхности которой размещен набор одинаковых участков 2; каждый иэ которых. состоит иэ и элементов

3 (фиг.2), полностью или.частично заполненных фаэовым рельефом 4 (фиг.3). Если эле.мент не полностью покрыт дифракционной решеткой, то получаемое изображение не изменяется, а изменится лишь яркость получаемого эффекта. Рельеф выполнен в виде, например. фазовой дифракционной решетки (фиг.3). Однако. элементы могут иметь рельеф с неступенчатым произвольным профилем. Решетка i-го элемента (I - 1...n) имеет период

Л

Д ю

Slnal угле падения света). В случае пропускающей пластины максимальная эффектив40 ность достигается при h — „1 где п1—

Л п — 1 показатель преломления пластины, Пропускающие пластины с не5ольшой (порядка 2-10 ) эффективностью можно испольэовать в качестве светофильтров при фотосьемках для рекламных и других специальных целей.

Для защиты от копирования на рельефную поверхность наносят слой проэрачного материала 9, например, с показателем преломления пг, отличным от показателя

50 преломления п пластины. При этом внешняя поверхность пластины становится плоской (фиг.5).

В этом случае для пропускающей пластины максимальная дифракционкая эффективность достигается при глубине рельефа h u -и дл р щ п и»

5 где А-длина волны падающего на пластину света, мкм; — угол отклонения луча света от нормали к поверхности пластины, а штрихи 5 (фиг.2) решеток каждого элемен10 та ориентированы перпендикулярно к заданному направлению формируемых решеткой элемента цветных пятен 6,7 (фиг,6), Пластина 1 может быть выполнена как

15 для работы на прохождение, как и для работы на отражение света. Для этого на ее рельефную поверхность 4 должно быть нанесено отражающее зеркальное покрытие 8 (фиг.4). Таким образом; пластины мо20 гут использоваться как декоративное покрытие для витрин, рекламных стендов, которое можно составлять из набора таких пластин. Эффект в виде требуемых символов будет виден вокруг каждого источника

25 .света, отражение которого наблюдается глазом или через объектив, Глубина рельефа или скважность может быть различной и определяется необходимой дифракционной эффективностью ре30. шетки; Дифракционную эффективность фазовой решетки можно менять с помощью изменения глубины рельефа или скважности, Для рекламных стендов нужна максимальная дифракционная эффективность, 35 что достигается при глубине рельефа отраЛ жающей пластины h - т (при нормальном

2004003

Y 8

Фазовый рельеф на стеклянной. под- ется угловыми отклонениями р и а (т.е. . ложке может быть получен, например, пу- периодом и ориентацией штрихов решетки тем фотолитографии (дешевым в массовом:. Ио. элемента); ° производстве способом) или штамповкой . При наблюдении изображений визуальпластины из синтетического материала. 5 но необходим фокусирующий элемент 12, Работа устройства, выполненного в ви- например. хрусталик глаза, играющий роль де пропускающей пластины.1 (фиг.б). При линзы, При этом параллельные пучки света достаточно удаленном источникФ света пу. фокусируются в точки в фокальной плоскочок лучей 10 от: этого источника можно счи-, сти 13 линзы. Эти т уки образую г пару изотать практически параллельным. Свет 10 бражений. (цветных пятен) 6 и 7, падает на пластину по нормали к:ее повар- - центрально-симметрйчных относительно хности. ...: ." . -.. .. изображения источника света.

Для формирования в плоскости 11 эф- .. Если на.поверхности пластины.1 нахофекта в виде надписи или символа, состоя- . .: дится единственный участок 2, то возможен

Щих.из .2п .цветных пятен, необходимо 16.вариант, когда пучки от некоторых элемен. наличиЕ на поверхности участка 2.йабора из тов йе попадают на фокусирующий элеМент. .. n элементов.З, период и направление штри--:. 12. (фиг.7), На фиг.7участок 2 состоит издвух хов 5 дифракционных рвшеток коТорых - . элементов 14 и 15, штрихи которых паралобеспечивают соответствующее отклоне- ф " лельны другдругу, но имеют разный период; . нйе дифрагировавших пучков света. -: 20 Так.от элемента 15 в зрачок попадает тольПараллельный пучок света дифрагирует . ко+1 порядок 16, а -1 порядок 17 — не попана каждом из элементов независимо от дру- дает: От элемента 14 в зрачок не попадает гих элементов в О, + 1, + и т;д. порядки,: . ни+1, ни-1 порядки 18, 19. Поэтому в некорасположенные в плоскости, перпендику- ..торых случаях при данном нанесении рельлярной штрихам решетки данного элемен- 25 ефа - требуемое изображение- будет та, а угол отклонения порядков наблюдаться не полностью, а только есоотопределяется периодом решетки элемента; дельные составляющие.;

При полихроматическом источнике йер- . Чтобы избежать такого эффекта, на повый порядок дифракции будет размыт из-за верхность пластины 1 наносится множество дисперсии решетки (рассматривается толь- 30 одинаковых участков 20, 21 (фиг,8). сли хако первый порядок дифрекции; так как ин- рактерные размеры участков или расстоятенсивность остальных существенно . ние между соответствующими элементами меньше). : . ; . соседних участков, обозначенные как О, не

Для удобства рассматривается. работа превышают размеров фокусирующего эйю.. пластины 1, на поверхности которой нахо- 35 мента DA, то в обьектив. попадают +1 и -1 дится один участок.2 с единственным 1-м порядки хотя бы от одного элемента кажэлементом 3. При прохождении света через дого типа, При этом.в фокальной плоско. пластину на фазовой дифракционной по- . сти линзы образуется набор точек верхности i-ro элемента с периодом dl свет . -.(цветных пятен) 22, образующих рисунок, дифрагирует, при этом пучок света отклоня- 40 причем изображение. практически не изется на.угол ф от оси О Х, лежащей.a меняется при относительном сдвиге плаплоскости 11 и параллельной оси OX в пло- ..стины 1 и линзы 12.

Ф с«ости пластин 1; Угол p равен углу р между нормалью к штрихам 5 решетки Рго Таким образом, при падении пучка свеэлемента и осью QX; т.е. цветные пятна.фор- 45 та на пластину приспособления, имеющего мируются решеткой элемента в направле- несколько одинаковых участков 2 с элеменнии перпендикулярном штрихам 5 решетки тами, пучок излучения от точечного источниэтого элемента; и на угол а от нормали к ка, падая на пластину, дифрагирует йа поверхности пластины 1, определяемый для: разнЫх участках пластины в разных направпервого.порядка изсоотношения 50 лениях, причем положение +-1 порядков, расположенных симметрично относительно (и нулевого порядка, зависит от периода диф5 ракционной решетки на заданном участке пластины, При наблюдении точечного исгде Л- длина волны падающего на пласти- 55 точника через зрачок фокусирующего элену света; мента, больший чем один из участков

di — период I-ro элемента, . пластины. вокруг иэображения источника

Таким образом, положение цветных пя- света будут находиться цветные пятна, обтен 6 и 7 (т. Mj и Мг) однозначно определя- разованные всеми участками пластины, ко2804003 торые попадают в зрачок. Таким образом, Так, возможно использование присповокруг изображения точечного источника собление eдизайнерских целях для декоравидны - 1 порядки дифракции на ках@ом тивной отделки помещений, причем в из элементов пластины, образующие четное случае создания эффекта в виде фирменночисло. буквенных или цифровых обозначе- 5 го наименования достигается красивый с ний или символов, симметрично располо- эстетической точки зрения эффект, одно- женных вокруг изображения источника временно являющийся дополнительной ресвета (фиг.9). кламой для фирмы.

Угол отклонения дифрагировавшего из- Подобное приспособление может быть лучения обратно пропорционален периоду 10. использовано в шоу-бизнесе для создания соответствующей. решетки; поэтому для различных.по форме проецируемых эффвкполучения изображения большого масшта- тов при проведении концертов и дискотек. ба необходим период решеток порядка 1-10 . Можно использовать приспособление в мкм. Для получения эффектов при фотогра- качестве эффектных светофйльтров для фофировании достаточно изготовить пластину 15 то- и киносъемок с получением вокруг источс характерйым периодом от 2 до 50 мкм.: ника света красивых декоративных

Изобретение позволяет получать свето- .эффектов. Настоящее изобретение расшивые эффекты широкого диапазона, которые ряет класс известных эффектов и в данной . могут быть применены для рекламы фирм с области. .использованием: эффектов, включающих. 20 .Одним из возможных применений изофирменные наименования и знаки. При, бретения может также стать такая область, этом изготовление данного приспособле- как защита ценных бумаг от подделки и кония в двух исполнениях, а именно в виде - пирования. отражающей и пропускающей свет-пласти; ны, расширяет возможные области приме-. 25 {56) Патент США N 4765724, кл, G 02 В 5/18, нения. -, 1988..

Формула из о брет е н и я 30. А -длина волны падающего на пластину

1. ОПТИ .ВЕСКОЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЕ

ДЛя СОЭдв НИя СВЕТОВЫХ ЭФФЕКТОВ а - угол отклонения луча све а от ноРмаИЗ ЦВЕТНЫХ ПЯТЕН, содержащее плотированы перпендикулярно к заданному тем, что, с целью расширения технологических aoçìoæíoñòåé за счет демонстрации . мента цветных пятен.. символов, пластина выполнена пропускающей или отражающей свет и по .крайней . мере на часть ее поверхности нанесен на- 40 . 2. Приспособление по п.1, отличающ:ебор одинаковых участков, состоящих иэ ся тем, что на поверхность плоской пластиэлементов, полностью или частично запал- . ны нанесен заполняющий и защищающий ненных фазовым рельефом, причем рельеф слой прозрачного материала с плоской поверхности каждого элемента выполнен в внешней поверхностью. виде фазовой дифРакционной Решетки с 45 .- 3, Приспособление по п,1, отличающеепериодом ся тем, что на пропускающую пластину нанесен слой прозрачного материала с . sina показателем преломления, отличным от где ct - период решетки элемента, мкм;,. показателя преломления пластины, 50;

2004003

2064003

РагУ

Составитель В. flonoe .

Техред М.Моргентал . КоРректор Н. Король

Редактор Л. Павлова

Заказ 3324

Тираж . Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35. Рауаскам наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101