Устройство формирования на лицевой поверхности изделия множества светящихся точек и волоконно-оптическое устройство

 

Полезная модель относится к области светотехники и может быть

использована, например, в тротуарной плитке, для создания на поверхности

изделий программно управляемого цветного меняющегося изображения.

Техническим результатом является обеспечение цветового динамического

изображения. Устройство содержит герметичную световую камеру с

отражающими стенками и с расположенными внутри камеры RGB

светодиодами. Выходящий из световой камеры пучок световодов разделяется

на отдельные световоды, каждый из которых проходит через отверстия в

маске, жестко соединенной со световой камерой пластинами, На лицевой

поверхности изделия торцы световодов представляют собой множество

светящихся точек, формирующих единичный управляемый элемент

изображения. Устройством управления каждого RGB светодиода является

микроконтроллер с адресным чипом. Волоконно-оптическое устройство

включает в себя n-элементов, каждый из которых содержит лицевую часть и

защитный слой, шины управления и питания. Каждый из n-элементов

содержит m-устройств по п. 1, микроконтроллеры с адресными чипами

которых выполнены с возможностью соединения их через шины управления

и питания с управляемыми slave контроллерами. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Референт Трофимова М.А.

Полезная модель относится к области изготовления устройств, части которых связаны с излучением и распространением света, что позволит создавать новые строительные, отделочные, интерьерные и рекламные изделия.

Известен пиксель, содержащий RGB светодиоды, например в светодиодном уличном экране (http://led-russia.com/ru/ekrany/1_opisanie_harakteristik_ekrana.html - аналог по первому независимому пункту).

Для пылевлагозащиты таких экранов от негативных внешних воздействий окружающей среды используют силовой металлический корпус, а также герметизацию лицевой поверхности модулей и герметичное соединение модулей и разъемов. Однако, использование подобного экрана, сформированного описанными пикселями, является невозможным для условий более жесткой эксплуатации, например, для горизонтального положения по типу тротуарного покрытия, которое подвергается интенсивному механическому воздействию и приведет к быстрому разрушению экрана и светодиодов (пикселей). В этом недостаток описанного пикселя.

Известно волоконно-оптическое декоративно-конструкционное изделие, включающие в себя n-элементов, каждый из которых содержит корпус, состоящий из декоративной поверхности в лицевой части корпуса и защитного слоя с встроенным одним и более светодиодами и пучком волоконно-оптических световодов, причем выходы светодиодов всех элементов электрически связаны с контроллером управления яркостью и временем излучения светодиодов, при этом входы пучка световодов расположены напротив светодиодов, а выходы световодов в лицевой части корпуса, армирующие компоненты введены в состав защитного слоя корпуса, при этом контроллеры управления яркостью и временем излучения светодиодов являются встроенными и расположены внутри каждого из n-элементов, при этом они могут быть электрически связаны с внешним контроллером, задающим режимы работы встроенных контроллеров (патент на RU 122150, F21V 8/00 - аналог по первому независимому пункту и прототип по второму независимому пункту).

В данном устройстве светодиоды и волоконно-оптические световоды расположены в корпусе и не подвержены неблагоприятным механическим, климатическим внешним воздействиям. Это происходит благодаря тому, что волоконно-оптические световоды проходят через тело изделия и залиты смесями-наполнителями, например, бетоном.

К недостаткам устройства по первому независимому пункту относится то, что здесь не предусмотрено независимое управление каждым светодиодом, так как контроллер, управляющий светодиодами, является общим на каждый n-элемент.

К недостаткам по второму независимому пункту относится то, что в данном устройстве управление светодиодами осуществляется поэлементно, то есть на каждый n-элемент приходится один контроллер, что позволяет организовать монохромную подсветку изделия с декоративной поверхностью. Управление светодиодами включает в себя регулировку по яркости и по времени, но не по цвету. Кроме того, данное устройство не позволяет создавать на лицевой поверхности цветное динамическое изображение.

Известно устройство декоративного оптоволоконного освещения, состоящее из несущей поверхности с расположенными в необходимой последовательности отверстиями, проектора, размещенного с обратной стороны несущей поверхности, и необходимого количества оптических волокон, при этом один конец каждого оптического волокна вставлен в отверстие несущей поверхности, а второй соединен с проектором, причем вторые концы оптических волокон связаны в пучок, при этом в качестве проектора использовано устройство, содержащее микропроцессор, задающий программу, как минимум один излучатель, выполненный на основе мощного светодиода и связанный с оптическими волокнами посредством фокусирующей системы, расположенной между светодиодом и вторыми концами оптических волокон, при этом между микропроцессором и светодиодом размещены широтно-импульсные модуляторы и электронные ключи, причем число двух последних равно числу светодиодов, при этом существует возможность создания эффекта мерцания. Кроме того, светодиоды являются цветными, при этом существует возможность создания перехода одного цвета в другой, и устройство содержит три светодиода красного, зеленого и синего цветов (патент на RU 69195, F21S 10/00; F21S 10/02; G09B 27/00 - прототип по первому независимому пункту и аналог по второму независимому пункту).

Данное устройство относится к системам декоративного освещения и может быть использовано для создания имитации звездного неба в различных помещениях и возможность создания эффекта мерцания. Недостатком по первому и второму независимым пунктам является то, что с помощью этого устройства можно получить только статическое изображение светящихся точек, и это связано с отсутствием в составе устройства микроконтроллера с адресным чипом. Кроме того, данное устройство не предназначено для условий более жесткой эксплуатации, например, для горизонтального положения по типу тротуарного покрытия, которое подвергается интенсивному механическому воздействию и приведет к быстрому разрушению несущей поверхности и светодиодов.

Задача полезной модели по первому независимому пункту состоит в формирования на лицевой поверхности (или лицевой части несущей поверхности) изделия множества точек, формирующих единичный управляемый элемент изображения, светящихся каким-либо цветом (из задаваемой цветовой палитры) и с определенной яркостью (в задаваемом яркостном диапазоне), а также в повышении управляемости световыми параметрами (яркость) и цветовыми характеристиками (цветовая палитра) множества светящихся точек.

Задача полезной модели по второму независимому пункту состоит в расширении функциональных и изобразительных возможностей волоконно-оптического устройства путем управления его световым потоком и цветовой палитрой на лицевой части устройства.

Техническим результатом заявляемой группы полезных моделей является обеспечение цветного динамического изображения. Для получения такого технического результата предусмотрено независимое управление непосредственно каждым RGB светодиодом соответствующим ему микроконтроллером с адресным чипом с распознаванием адреса обращения к нему, заданием и передачей каждому RGB светодиоду своих (предназначенных только ему) параметров свечения красного, зеленого и синего цвета, отличных от соответствующих параметров других RGB светодиодов.

Поставленная задача достигается тем, что устройство формирования на лицевой поверхности изделия множества светящихся точек, содержащее несущую поверхность, RGB светодиоды и пучок волоконно-оптических световодов, причем, входы пучка волоконно-оптических световодов расположены напротив RGB светодиодов, а каждый RGB светодиод соединен с устройством управления, дополнительно снабжено герметичной световой камерой с отражающими стенками, жестко соединенной с маской, выполненной в виде пластины с отверстиями, при этом RGB светодиоды и входы волоконно-оптических световодов расположены внутри герметичной световой камеры таким образом, что выход каждого волоконно-оптического световода проходит через соответствующее отверстие в маске с возможностью формирования на лицевой части несущей поверхности изделия светящейся точки, а множество светящихся точек, сформированных выходами волоконно-оптических световодов через маску, формируют единичный управляемый элемент изображения, при этом устройством управления каждого RGB светодиода является микроконтроллер с адресным чипом; кроме того, маска расположена ближе к выходам волоконно-оптических световодов; отверстия в маске расположены равномерно; выходы волоконно-оптических световодов за пределами маски выполнены расширенными; устройство содержит волоконно-оптические световоды с боковым и/или торцевым свечением; каждый RGB светодиод снабжен системой охлаждения.

Поставленная задача достигается также тем, что волоконно-оптическое устройство, включающее в себя n-элементов, каждый из которых содержит лицевую часть и защитный слой, снабжено шинами управления и питания, каждый из n-элементов содержит m-устройств по п. 1, микроконтроллеры с адресными чипами которых выполнены с возможностью соединения их через шины управления и питания с управляемыми slave контроллерами, кроме того, каждый из n-элементов содержит ниши для укладки в них шин управления и питания; шины управления и питания выполнены с возможностью их последовательного соединения разъемами; смежные маски m-устройств жестко закреплены между собой; m-устройства выполнены определенного унифицированного размера для каждой партии изделий, содержащих n-элементы; лицевая часть устройства выполнена шлифованной, a slave контроллерами управляют при помощи видеоконтроллера.

Устройство формирования на лицевой поверхности изделия множества светящихся точек и волоконно-оптическое устройство, в котором оно реализовано, представлены на чертежах.

На фиг. 1 - устройство формирования на лицевой поверхности изделия множества светящихся точек; на фиг. 2 - маска, вид сверху; на фиг. 3 - расширенный выход волоконно-оптического световода; на фиг. 4 - основной вид волоконно-оптического устройства; фиг. 5 - сечение А-А на фиг. 4; на фиг. 6 - схема соединения и управления светом и цветом в волоконно-оптическом устройстве.

Устройство формирования на лицевой поверхности изделия множества светящихся точек содержит герметичную с отражающими стенками световую камеру 1. К световой камере 1 жестко, например, пластинами 2, закреплена маска 3 с отверстиями 5, которые могут быть распределены равномерно. Внутри световой камеры размещены RGB светодиоды (на чертеже не показаны). Каждый RGB светодиод подключен к устройству управления им, а именно микроконтроллеру с адресным чипом (на чертеже не показан). Также световая камера может содержать систему охлаждения светодиода (радиатор). Выходящий из световой камеры 1 пучок волоконно-оптических световодов за пределами световой камеры разделен на отдельные волоконно-оптические световоды 4, которые своими выходами через отверстия 5 маски 3 выходят на лицевую часть несущей поверхности изделия. Маска 3 расположена ближе к выходам волоконно-оптических световодов. Выходы 6 волоконно-оптических световодов 4 могут быть выполнены расширенными (фиг. 3). На лицевой части 7 поверхности устройства выходы волоконно-оптических световодов 4 представляют собой множество мелких светящихся точек 8, формирующих единичный управляемый элемент изображения. Каждый из n-элементов, образующих волоконно-оптическое устройство, содержит m устройств по п. 1, которые расположены в защитном слое 9: залиты смесями-наполнителями, например, бетоном. Устройства управления светодиодами, расположенные в световых камерах 1, через провода 10 соединены с шиной 11 питания и управления. На фиг. 6 схема управления светом и цветом волоконно-оптического устройства включает компьютер 12 и видеоконтроллер 13, предназначенный для управления slave [пер. с англ.: подчиненный, дополнительный] контроллерами 14, каждый из которых соединен со своей группой микроконтроллеров с адресными чипами для управления соответствующим каждому микроконтроллеру RGB светодиодом m устройств 15 из этой группы. Функцию передачи сигналов изображения выполняет видеоконтроллер 13.

Устройство формирования на лицевой поверхности (или лицевой части несущей поверхности) изделия множества светящихся точек представляет собой блок, куда входят световая камера, маска и волоконно-оптические световоды, выходящие из световой камеры своими выходами на лицевую часть несущей поверхности изделия. В заявляемом устройстве RGB светодиод, расположенный в световой камере, присоединен к своему микроконтроллеру с адресным чипом. Или каждому микроконтроллеру с адресным чипом соответствует свой RGB светодиод, подключенный к нему и расположенный в каждой из m световых камер, расположенных в каждом n-элементе. Шина управления и питания в заявляемом устройстве идет через каждую из m световых камер.

Световая камера 1 с отражающими стенками в совокупности с RGB светодиодом, соединенным с микроконтроллером с адресным чипом, расположенным в ней, позволяет формировать световой поток внутри световой камеры одного нужного цвета из богатой цветовой палитры и передавать его на лицевую часть несущей поверхности изделия при помощи волоконно-оптических световодов. Кроме того, отражающие стенки световой камеры увеличивают поток света, поступающий к волоконно-оптическим световодам. Герметичность световой камеры обеспечивает сохранность находящихся в ней светодиодов и других устройств при заливке изделия смесями-наполнителями, например, бетоном.

Маска 3 представляет собой пластину любой геометрической формы: круга, прямоугольника, шестигранника и т.д. Для того, чтобы волоконно-оптические световоды располагались на лицевой части несущей поверхности изделия в заданном порядке, используется маска. Отверстия, равномерно распределенные по поверхности маски, обеспечивают равномерность распределения выходов волоконно-оптических световодов на лицевую часть несущей поверхности изделия. Все элементы устройства изготавливаются определенного размера и формы (унифицированными) для каждой партии изделий. Маски смежных соседних устройств могут быть жестко закреплены между собой, что обеспечит дополнительную жесткость при заливке. Светящиеся выходы волоконно-оптических световодов от каждой световой камеры, проходящие через маску, образуют на лицевой части несущей поверхности изделия одну светящуюся область 8 (единичный управляемый элемент изображения) и могут своими краями перекрывать соседние светящиеся области. Это происходит тогда, когда свободные выходы волоконно-оптических световодов при близком расположении или большом радиусе расхождения могут заходить друг за друга, при этом концентрация выходов волоконно-оптических световодов в области наложения может быть более плотная, чем на других участках. Такое расположение светящихся областей позволит расширить цветовое восприятие изображения.

Расширенные выходы волоконно-оптических световодов на лицевой части несущей поверхности светящего изделия позволяют увеличить излучающую свет поверхность волоконно-оптических световодов. Лицевая часть несущей поверхности изделия может быть выполнена темного цвета для увеличения эффекта контрастности изображения, получаемого на поверхности изделия. Устройство предполагает использование волоконно-оптических световодов с торцевым (свет исходит направленно из одного конца волоконно-оптического световода в определенную точку пространства) и боковым (свет равномерно распределяется по всей его длине) свечением. Боковое свечение волоконно-оптического световода используется, когда лицевая часть несущей поверхности прозрачная.

Устройство работает следующим образом.

В отличие от прототипа, где управление дает эффект статической подсветки или мерцания (имитация звездного неба), в устройстве формирования на лицевой поверхности изделия множества светящихся точек управление осуществляется непосредственно RGB светодиодом, находящимся в световой камере и подключенным по цепи управления к микроконтроллеру, который управляет только этим RGB светодиодом для достижения эффекта видео в изображении.

В заявляемом волоконно-оптическом устройстве осуществляется управление в каждом из n элементов каждой m световой камерой. Кроме того, осуществляется обязательная регулировка (управление) по цвету. Изделия излучают свет множеством светящихся точек, образующих светящуюся область, причем, каждому светящемуся множеству можно задать свою яркость и свой цвет. Таким образом, возникает возможность создавать на поверхности изделий графическое динамическое изображение.

Устройством управления RGB светодиодом может быть, например, микроконтроллер с адресным чипом. Основное назначение устройства управления RGB светодиодом заключается в распознавании адреса обращения к нему, задание и передача параметров свечения красного, зеленого и синего цвета RGB светодиода. Также микроконтроллер может включать дополнительные функции, например, запоминание обращения длительности яркостных параметров свечения до и после обращения к нему slave контроллера.

Основное назначение видеоконтроллера 13 получать сценарий видеоизображения от ПК 12 или другого носителя информации, например, флэш-карты, и распределять его по slave контроллерам 14. Slave контроллеры в свою очередь управляют микроконтроллерами с адресными чипами в световых камерах m устройств 15.

Для формирования света в волоконно-оптических световодах используется световая камера, в которой расположен RGB светодиод, подключенный к микроконтроллеру с адресным чипом.

Через провода 10 устройства управления светодиодами подключены к шине 11 управления и питания. Шина управления и питания RGB светодиода и дополнительных устройств, входящих в световую камеру, располагается внутри каждого из n элементов в заранее подготовленные ниши. При этом при монтаже шина первого элемента с одной стороны соединяется с управляющим контроллером, а с другой - с последующим элементом. Аналогично шины остальных элементов последовательно соединяются между собой. Соединение осуществляется разъемами, которые при монтаже гидроизолируются, например, термоусадочной трубкой и укладываются в процессе монтажа в специальную нишу каждого элемента. При значительных длинах шин управления и питания, для компенсации затухания электрических сигналов, дополнительно могут быть использованы блоки повторителей электрических сигналов (усилители). Они устанавливаются в дополнительную нишу совместно с шиной. То есть в каждом, либо части элементов предполагается размещение ниш для повторителя.

До того, как происходит заливка защитного, декоративного и других слоев, помимо традиционной подготовки формы (смазка формы специальными составами и другие операции) в форме полностью формируются (монтируются) устройства по п. 1 (световые камеры, волоконно-оптические световоды, маски), шины управления и питания, так же подготавливается пространство для ниш, укладка концов шин во время монтажа, монтаж, при необходимости, усилителя (повторителя электрических сигналов). После подготовки форма заливается с использованием вибростола заданными слоями наполнителей. Из формы после просушки достается готовый элемент изделия. Температурный режим изготовления выбирается таким, чтобы сохранить светодиоды в рабочем состоянии.

Для изготовления волоконно-оптического изделия, позволяющего создавать меняющееся (динамическое) изображение на лицевой части несущей поверхности, можно использовать опалубку. При этом на подготовленной для заливки, например, бетоном площадке устанавливается арматура, затем выставляются профили с выставленными на них устройствами по п. 1, электрически соединенными с шинами. Затем происходит заливка, например, бетоном (гипсом, жидким камнем, полимером и др.) с использованием вибраторов. Поверх бетона может заливаться, например, полимербетон. При этом выходы волоконнодолжны возвышаться над заливаемой поверхностью.

Если площадь заливаемой поверхности значительная, заливка может проходить блоками. После заливки всей поверхности выполняется этап шлифовки. Тем самым совместно с выравниванием лицевой части несущей поверхности сошлифовываются выступающие над поверхностью выходы волоконно-оптических световодов. Поскольку над лицевой частью несущей поверхности расположены только выходы волоконно-оптических световодов, площадь которых на лицевой части значительно меньше площади бетона, износ более мягких по сравнению с бетоном выходов волоконно-оптических световодов при эксплуатации светящейся брусчатки и светящихся плит происходит равномерно и одновременно с износом рабочей бетонной поверхности. Это обеспечивает длительный срок службы данных изделий.

Таким образом, заявлена группа полезных моделей, относящихся к устройствам, одно из которых «Устройство формирования на лицевой поверхности изделия множества светящихся точек» предназначено для использования в другом «Волоконно-оптическое устройство».

Заявляемые устройства могут быть реализованы в самых разнообразных изделиях: светящейся бетонной брусчатке, светящихся бетонных плитах, светящейся заливаемой бетонной поверхности (стены, полы зданий, тротуары, дороги и т.д.), светящихся бордюрах и многом другом. Изделия с внедренными в них световыми камерами, волоконно-оптическими световодами, светодиодами и масками представляют собой информационное поле-экран и предназначены как для многообразной подсветки, так и для передачи информации на тротуарах, дорогах, а также других изделиях.

Светящиеся отделочные плитки можно использовать в устройстве ландшафта, при строительстве домов, коттеджей, гостиниц, в том числе туристических, для работ по благоустройству городских площадей, улиц и скверов, для формирования праздничного освещения и иллюминации, информационных площадок на пешеходных и автомобильных дорогах, для изготовления рекламных площадей непосредственно на тротуаре, использования иллюминации на танцплощадках, в том числе и для рекламных целей.

1. Устройство формирования на лицевой поверхности изделия множества светящихся точек, содержащее несущую поверхность, RGB светодиоды и пучок волоконно-оптических световодов, причем входы пучка волоконно-оптических световодов расположены напротив RGB светодиодов, а каждый RGB светодиод соединен с устройством управления, отличающееся тем, что устройство снабжено герметичной световой камерой с отражающими стенками, жестко соединенной с маской, выполненной в виде пластины с отверстиями, при этом RGB светодиоды и входы волоконно-оптических световодов расположены внутри герметичной световой камеры таким образом, что выход каждого волоконно-оптического световода проходит через соответствующее отверстие в маске с возможностью формирования на лицевой части несущей поверхности изделия светящейся точки, а множество светящихся точек, сформированных выходами волоконно-оптических световодов через маску, формируют единичный управляемый элемент изображения, при этом устройством управления каждого RGB светодиода является микроконтроллер с адресным чипом.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что маска расположена ближе к выходам волоконно-оптических световодов.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отверстия в маске расположены равномерно.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выходы волоконно-оптических световодов за пределами маски выполнены расширенными.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит волоконно-оптические световоды с боковым и/или торцевым свечением.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый RGB светодиод снабжен системой охлаждения.

7. Волоконно-оптическое устройство, включающее в себя n-элементов, каждый из которых содержит лицевую часть и защитный слой, отличающееся тем, что снабжено шинами управления и питания, каждый из n-элементов содержит m-устройств по п. 1, микроконтроллеры с адресными чипами которых выполнены с возможностью соединения их через шины управления и питания с управляемыми slave контроллерами.

8. Волоконно-оптическое устройство по п. 7, отличающееся тем, что каждый из n-элементов содержит ниши для укладки в них шин управления и питания.

9. Волоконно-оптическое устройство по п. 7, отличающееся тем, что шины управления и питания выполнены с возможностью их последовательного соединения разъемами.

10. Волоконно-оптическое устройство по п. 7, отличающееся тем, что смежные маски m-устройств жестко закреплены между собой.

11. Волоконно-оптическое устройство по п. 7, отличающееся тем, что m-устройства выполнены определенного унифицированного размера для каждой партии изделий, содержащих n-элементы.

12. Волоконно-оптическое устройство по п. 7, отличающееся тем, что лицевая часть устройства выполнена шлифованной.

13. Волоконно-оптическое устройство по п. 7, отличающееся тем, что slave контроллерами управляют при помощи видеоконтроллера.

РИСУНКИ



 

Наверх