ITVR20120062A1 - LIGHT DIFFUSION LIMITATION SYSTEM - Google Patents
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Description
SISTEMA DI LIMITAZIONE DELLA DIFFUSIONE DELLA LUCE LIGHT DIFFUSION LIMITATION SYSTEM
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Il presente trovato ha come oggetto un sistema di limitazione della diffusione della luce. The present invention relates to a system for limiting the diffusion of light.
L'inquinamento luminoso à ̈ un problema attualmente molto importante a livello mondiale. In particolare l'inquinamento luminoso riguarda ogni irradiazione di luce diretta al di fuori delle aree alle quali essa à ̈ funzionalmente dedicata, ed in particolare verso la volta celeste. L'inquinamento luminoso à ̈, quindi, causato da ogni tipo di sorgente luminosa, sia essa un lampione, un'insegna luminosa, un faro, o simili. Light pollution is currently a very important problem worldwide. In particular, light pollution concerns any direct light irradiation outside the areas to which it is functionally dedicated, and in particular towards the celestial vault. Light pollution is therefore caused by any type of light source, be it a street lamp, a light sign, a lighthouse, or the like.
Come à ̈ noto, l'inquinamento luminoso causa danni di tipo ambientale, economico e anche scientifico. Tra i danni ambientali si annoverano quelli relativi all'alterazione dei ritmi circadiani degli esseri viventi, tra cui l'uomo; i danni economici riguardano invece lo spreco di energia elettrica per illuminare aree che non necessitano di illuminazione; ed infine i danni di tipo scientifico riguardano le difficoltà che gli astronomi incontrano quando studiano un cielo notturno troppo luminoso, in quanto l'inquinamento luminoso limita drasticamente l'efficienza dei sistemi di visione ottici telescopici. As is well known, light pollution causes environmental, economic and even scientific damage. Environmental damage includes those related to the alteration of the circadian rhythms of living beings, including humans; the economic damage, on the other hand, relates to the waste of electricity to illuminate areas that do not need lighting; and finally the damage of a scientific nature concerns the difficulties that astronomers encounter when studying a night sky that is too bright, as light pollution drastically limits the efficiency of telescopic optical vision systems.
Al giorno d'oggi, i metodi noti utilizzati per ridurre l'inquinamento luminoso consistono nello spegnimento delle fonti di illuminazione ad una certa ora e/o nella limitazione delle emissioni di tali fonti di illuminazione in solo alcune bande spettrali. In altri casi, sono anche noti sistemi per ridurre l'inquinamento luminoso che consistono nell'utilizzo di schermi opachi che intercettano parte della radiazione luminosa di una sorgente luminosa, creando di fatto una zona d'ombra, come per esempio le calotte dei comuni lampioni. Nowadays, the known methods used to reduce light pollution consist in switching off the lighting sources at a certain time and / or limiting the emissions of these lighting sources in only some spectral bands. In other cases, systems for reducing light pollution are also known which consist in the use of opaque screens that intercept part of the light radiation of a light source, effectively creating a shadow area, such as the caps of common street lamps. .
Tali sistemi di tipo noto non sono scevri da inconvenienti tra i quali va annoverato il fatto che essi non sono particolarmente efficienti, in quanto non consentono di aumentare il risparmio energetico a parità di illuminazione diretta all'area di effettivo interesse. These known systems are not free from drawbacks, including the fact that they are not particularly efficient, as they do not allow energy savings to be increased with the same lighting directed to the area of actual interest.
Un altro inconveniente di tali sistemi di tipo noto consiste nel fatto che essi non possono essere facilmente applicabili a tutti i tipi di sorgenti luminose, quali per esempio le insegne luminose, o gli schermi pubblicitari. Another drawback of these known systems consists in the fact that they cannot be easily applicable to all types of light sources, such as for example luminous signs, or advertising screens.
Compito precipuo del presente trovato consiste nel fatto di realizzare un sistema di limitazione della diffusione della luce che risolva gli inconvenienti sopra esposti e superi altri problemi della tecnica nota, consentendo di ridurre l'inquinamento luminoso emesso da diversi tipi di sorgente luminosa. The aim of the present invention is to provide a system for limiting the diffusion of light which overcomes the drawbacks described above and overcomes other problems of the known art, allowing to reduce the light pollution emitted by different types of light sources.
Nell'ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare un sistema di limitazione della diffusione della luce che garantisca una efficace ed efficiente schermatura della luce verso le direzioni indesiderate in apparecchi che per loro natura sono stati fino ad oggi praticamente non schermati, come ad esempio le insegne pubblicitarie o di esercizio per le quali ad oggi si prescrive, quali sistemi per la limitazione dell'inquinamento luminoso, lo spegnimento ad una certa ora e/o la limitazione del flusso totale emesso in ogni direzione. Within the scope of this aim, an object of the present invention is to provide a system for limiting the diffusion of light which ensures effective and efficient shielding of the light towards unwanted directions in apparatuses which by their nature have up to now been practically unshielded, such as advertising or business signs for which today it is prescribed, such as systems for limiting light pollution, switching off at a certain time and / or limiting the total flux emitted in each direction.
Un altro scopo del trovato consiste nel realizzare un sistema di limitazione della diffusione della luce che garantisca un aumentato risparmio energetico rispetto ai sistemi di tipo noto. Another object of the invention is to provide a system for limiting the diffusion of light which guarantees an increased energy saving with respect to known systems.
Un ulteriore scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare un sistema di limitazione della diffusione della luce che sia in grado di dare le più ampie garanzie di affidabilità e sicurezza nell'uso. A further object of the invention is to provide a system for limiting the diffusion of light which is capable of giving the greatest guarantees of reliability and safety in use.
Un altro scopo del trovato consiste nel fatto di realizzare un sistema di limitazione della diffusione della luce che sia facile da realizzare. Another object of the invention is to provide a system for limiting the diffusion of light which is easy to produce.
Il compito sopra esposto, nonché gli scopi accennati ed altri che meglio appariranno in seguito, vengono raggiunti da un sistema di limitazione della diffusione della luce emessa da una sorgente luminosa caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di prismi rifrangenti identici sovrapposti in corrispondenza di facce parallele e contrapposte di detti prismi rifrangenti, detti prismi rifrangenti avendo una faccia di ingresso estendentesi trasversalmente rispetto a dette facce parallele e adatta ad intercettare almeno una parte della luce emessa da detta sorgente luminosa, ciascuno di detti prismi rifrangenti comprendendo una faccia di uscita della luce intercettata da detta faccia di ingresso, detta faccia di uscita estendendosi trasversalmente rispetto a dette facce parallele, tutte le facce di uscita di detti prismi rifrangenti essendo atte a rifrangere detta luce intercettata in modo da direzionarla in una regione limitata dello spazio. The aforementioned task, as well as the aforementioned purposes and others which will appear better later, are achieved by a system for limiting the diffusion of the light emitted by a light source characterized in that it comprises a plurality of identical refracting prisms superimposed in correspondence with faces parallel and opposite of said refracting prisms, said refracting prisms having an inlet face extending transversely with respect to said parallel faces and suitable for intercepting at least a part of the light emitted by said light source, each of said refracting prisms comprising a light exit face intercepted by said inlet face, said outlet face extending transversely with respect to said parallel faces, all the outlet faces of said refracting prisms being able to refract said intercepted light so as to direct it in a limited region of space.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente dalla descrizione di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, del sistema di limitazione della diffusione della luce secondo il trovato, illustrate a titolo indicativo e non limitativo con l'ausilio degli allegati disegni in cui: Further characteristics and advantages will become clearer from the description of preferred, but not exclusive, embodiments of the system for limiting the diffusion of light according to the invention, illustrated by way of non-limiting example with the aid of the attached drawings in which:
la figura 1 Ã ̈ una vista prospettica di un sistema di limitazione della diffusione della luce, secondo il trovato, applicato, a titolo esemplificativo, ad un'insegna luminosa; Figure 1 is a perspective view of a system for limiting the diffusion of light, according to the invention, applied, by way of example, to a luminous sign;
la figura 2 Ã ̈ una vista in alzato laterale dell'insegna di figura 1, che illustra la limitata diffusione della luce, secondo il trovato; Figure 2 is a side elevation view of the sign of Figure 1, which illustrates the limited diffusion of light, according to the invention;
la figura 3 Ã ̈ una vista in alzato laterale di una porzione del sistema di limitazione della diffusione della luce secondo una prima forma di realizzazione, che illustra in particolare i prismi rifrangenti; Figure 3 is a side elevation view of a portion of the light diffusion limiting system according to a first embodiment, which illustrates in particular the refracting prisms;
la figura 4 Ã ̈ una vista in alzato laterale di una porzione del sistema di limitazione della diffusione della luce, secondo una seconda forma di realizzazione; figure 4 is a side elevation view of a portion of the light diffusion limiting system, according to a second embodiment;
la figura 5 Ã ̈ una vista in alzato laterale di una porzione del sistema di limitazione della diffusione della luce, secondo una terza forma di realizzazione; figure 5 is a side elevation view of a portion of the light diffusion limiting system, according to a third embodiment;
la figura 6 Ã ̈ una vista in alzato laterale di una porzione del sistema di limitazione della diffusione della luce, secondo una quarta forma di realizzazione; figure 6 is a side elevation view of a portion of the light diffusion limiting system, according to a fourth embodiment;
la figura 7 Ã ̈ una vista schematica in alzato laterale di un prisma rifrangente secondo la prima forma di realizzazione, illustrato in figura 3, che illustra il passaggio della luce attraverso un prisma rifrangente, secondo le leggi dell'ottica geometrica; Figure 7 is a schematic side elevation view of a refracting prism according to the first embodiment, illustrated in Figure 3, which illustrates the passage of light through a refracting prism, according to the laws of geometric optics;
la figura 8 Ã ̈ una vista prospettica di un sistema di limitazione della diffusione della luce, secondo il trovato, applicato, a titolo esemplificativo, all'illuminazione di una vetrina; la figura 9 Ã ̈ una vista dall'alto, del sistema di limitazione della diffusione della luce illustrato in figura 8. figure 8 is a perspective view of a system for limiting the diffusion of light, according to the invention, applied, by way of example, to the lighting of a shop window; Figure 9 is a top view of the light diffusion limiting system illustrated in Figure 8.
Con riferimento alle figure citate, il sistema di limitazione della diffusione della luce à ̈ indicato globalmente con il numero di riferimento 1, laddove la luce à ̈ emessa da una sorgente luminosa 3, quale per esempio un'insegna luminosa, ed à ̈ intercettata almeno in parte da una pluralità di prismi rifrangenti 2 identici sovrapposti in corrispondenza delle loro facce parallele 10 e contrapposte. With reference to the aforementioned figures, the system for limiting the diffusion of light is globally indicated with the reference number 1, where the light is emitted by a light source 3, such as for example a light sign, and is intercepted at least partly by a plurality of identical refracting prisms 2 superimposed in correspondence with their parallel and opposite faces 10.
I prismi rifrangenti 2 hanno una faccia di ingresso 11 che si estende trasversalmente rispetto alle facce parallele 10 e che à ̈ adatta ad intercettare almeno una parte della luce emessa dalla sorgente luminosa 3. Ciascuno dei prismi rifrangenti 2 comprende una faccia di uscita 4 della luce intercettata dalla faccia di ingresso 11. La faccia di uscita 4 si estende trasversalmente rispetto alle facce parallele 10. Tutte le facce di uscita 4 dei prismi rifrangenti 2 sono atte a rifrangere la luce intercettata in modo da direzionarla in una regione 15 limitata dello spazio circostante che presenta un indice di rifrazione minore di quello del materiale di cui sono realizzati i prismi rifrangenti 2. Questo spazio, nelle forme di realizzazione preferite dell'invenzione, à ̈ costituito sostanzialmente da aria e l'indice di rifrazione può essere quindi considerato pari a 1 nella banda della luce visibile. The refracting prisms 2 have an inlet face 11 which extends transversely with respect to the parallel faces 10 and which is suitable for intercepting at least a part of the light emitted by the light source 3. Each of the refracting prisms 2 comprises a light outlet face 4 intercepted by the inlet face 11. The outlet face 4 extends transversely with respect to the parallel faces 10. All the outlet faces 4 of the refracting prisms 2 are suitable for refracting the intercepted light so as to direct it into a limited region 15 of the surrounding space which has a refractive index lower than that of the material of which the refracting prisms 2 are made. This space, in the preferred embodiments of the invention, is substantially constituted by air and the refractive index can therefore be considered equal to 1 in the visible light band.
I prismi rifrangenti secondo il trovato possono essere ottenuti con le normali tecniche di fabbricazione delle superfici lenticolari e possono essere deposti su un film, di spessore opportuno, da applicarsi alla superficie luminosa della quale si vogliono limitare i fenomeni di diffusione della luce verso regioni indesiderate dello spazio. The refracting prisms according to the invention can be obtained with the normal manufacturing techniques of lenticular surfaces and can be deposited on a film, of suitable thickness, to be applied to the luminous surface of which it is desired to limit the phenomena of light diffusion towards undesired regions of the space.
In figura 1 Ã ̈ illustrato il sistema 1 di limitazione della diffusione della luce applicato ad un'insegna luminosa. I prismi rifrangenti 2 sono affiancati e sovrapposti uno sull'altro in modo da coprire integralmente la superficie luminosa dell'insegna che rappresenta la sorgente luminosa 3. Tali prismi rifrangenti 2, trasparenti, presentano nei confronti della luce visibile un indice di rifrazione maggiore di 1, ad esempio 1.5 e possono essere realizzati in vetro o plastica, eventualmente drogati. I prismi rifrangenti 2 rifrangono la luce dell'insegna luminosa in modo da direzionarla in una regione 15 limitata dello spazio di indice di rifrazione sostanzialmente pari a 1, come illustrato in figura 2, consentendo quindi ad una persona 16 di visualizzare l'insegna luminosa e il suo contenuto 17, impedendo tuttavia l'emissione della luce in regioni indesiderate, quali per esempio la regione 18 dello spazio sopra la linea dell'orizzonte. Figure 1 illustrates the system 1 for limiting the diffusion of light applied to a light sign. The refracting prisms 2 are placed side by side and superimposed one on top of the other so as to completely cover the luminous surface of the sign representing the light source 3. These refractive prisms 2, transparent, have a refractive index greater than 1 towards visible light. , for example 1.5 and can be made of glass or plastic, optionally doped. The refracting prisms 2 refract the light of the luminous sign so as to direct it in a limited region 15 of the refractive index space substantially equal to 1, as illustrated in Figure 2, thus allowing a person 16 to view the luminous sign and its content 17, while preventing the emission of light in undesired regions, such as for example the region 18 of space above the horizon line.
La regione di interfaccia 20 tra ciascuna coppia di prismi rifrangenti 2 adiacenti à ̈ preferibilmente opaca alla luce visibile. Tale regione à ̈ in grado di assorbire la luce con un'efficienza vantaggiosamente compresa tra il 90% e il 99,99%. The interface region 20 between each pair of adjacent refracting prisms 2 is preferably opaque to visible light. This region is able to absorb light with an efficiency advantageously between 90% and 99.99%.
Vantaggiosamente tale interfaccia 20 à ̈ realizzata in un materiale in grado di assorbire completamente la luce, ad esempio uno schermo nero, oppure à ̈ soggetta ad un trattamento superficiale in grado di renderla completamente nera o opaca. Advantageously, this interface 20 is made of a material capable of completely absorbing light, for example a black screen, or is subjected to a surface treatment capable of rendering it completely black or opaque.
Tale trattamento può consistere, per esempio, in una verniciatura con vernice nera opaca, che presenta un'efficienza di assorbimento della luce incidente generalmente maggiore del 96%, oppure nell'applicazione di materiali del tipo del velluto, o del tipo dei nanotubi in carbonio, che presentano efficienze ancora maggiori. This treatment can consist, for example, in a varnish with matt black paint, which has an efficiency of absorption of the incident light generally higher than 96%, or in the application of materials such as velvet, or the type of carbon nanotubes. , which present even greater efficiencies.
Inoltre una superficie 21 della regione di interfaccia 20 opaca rivolta verso uno dei prismi rifrangenti 2 di una coppia di prismi rifrangenti 2 adiacenti può essere riflettente. Furthermore, a surface 21 of the opaque interface region 20 facing one of the refracting prisms 2 of a pair of adjacent refracting prisms 2 can be reflective.
Tale superficie 21 Ã ̈ in grado di riflettere la luce visibile con una riflettanza compresa tra il 70% e il 100% (riflessione totale) della luce incidente. This surface 21 is able to reflect visible light with a reflectance between 70% and 100% (total reflection) of the incident light.
Vantaggiosamente tale superficie 21 à ̈ realizzata in un materiale lucido in grado di riflettere completamente la luce almeno nella banda visibile, oppure à ̈ soggetta ad un trattamento superficiale in grado di renderla completamente riflettente. Advantageously, this surface 21 is made of a glossy material capable of completely reflecting the light at least in the visible band, or it is subjected to a surface treatment capable of making it completely reflective.
Tale trattamento può consistere, per esempio, in una verniciatura con vernici del tipo grigio metallizzato, che riflettono almeno il 70% della luce incidente. Un trattamento di alluminatura su plastica realizza una riflessione maggiore dell'85%, mentre opportuni trattamenti superficiali a base di metalli, adatti sia per substrati in vetro che in plastica, raggiungono riflessioni anche maggiori del 95%. Alternativamente à ̈ possibile ottenere una riflessione totale, tramite la realizzazione di un sottile strato di aria tra i prismi in corrispondenza della superficie 21 della regione di interfaccia 20. This treatment can consist, for example, in a painting with metallic gray paints, which reflect at least 70% of the incident light. An aluminizing treatment on plastic achieves a reflection greater than 85%, while suitable surface treatments based on metals, suitable for both glass and plastic substrates, achieve reflections even greater than 95%. Alternatively, it is possible to obtain a total reflection, by making a thin layer of air between the prisms at the surface 21 of the interface region 20.
Tra la sorgente luminosa 3 e i prismi rifrangenti 2 affiancati e sovrapposti può essere presente uno strato trasparente 30, ad esempio la lastra di vetro che costituisce la vetrina di un negozio, oppure il vetro di un'insegna luminosa, il bulbo di una lampadina, oppure ancora il vetro di un faretto. Between the light source 3 and the refracting prisms 2 side by side and superimposed there may be a transparent layer 30, for example the glass plate that constitutes a shop window, or the glass of a lighted sign, the bulb of a light bulb, or still the glass of a spotlight.
Al fine di ricoprire la superficie di interesse della sorgente luminosa 3, il sistema 1 di limitazione della diffusione della luce comprende una pluralità di prismi rifrangenti 2 opportunamente sovrapposti e affiancati. Tali prismi 2 sono sovrapposti l'uno all'altro, con l'alternarsi delle regioni di interfaccia 20 opache, lungo una prima direzione, e sono invece affiancati, con soluzione di continuità lungo una seconda direzione ortogonale alla prima direzione. In particolare, nel caso illustrato nelle figure 1 e 2, laddove si vuole direzionare la luce uscente dal sistema 1 di limitazione della diffusione della luce in una direzione sostanzialmente verticale, ossia, per esempio, impedire che la luce si diffonda sopra ad una linea di orizzonte, i prismi 2 risultano sovrapposti, con l'alternanza delle regioni di interfaccia 20 opache, in direzione verticale, ed affiancati, con soluzione di continuità , in direzione orizzontale. In order to cover the surface of interest of the light source 3, the system 1 for limiting the diffusion of light comprises a plurality of refracting prisms 2 suitably superimposed and side by side. These prisms 2 are superimposed on each other, with the alternation of the opaque interface regions 20, along a first direction, and are instead placed side by side, with a solution of continuity along a second direction orthogonal to the first direction. In particular, in the case illustrated in Figures 1 and 2, where it is desired to direct the light coming out of the system 1 for limiting the diffusion of light in a substantially vertical direction, that is, for example, to prevent the light from spreading over a line of horizon, the prisms 2 are superimposed, with the alternation of the opaque interface regions 20, in the vertical direction, and side by side, with a solution of continuity, in the horizontal direction.
Come illustrato in figura 3, in una prima forma di realizzazione del trovato, i prismi rifrangenti 2 presentano una sezione laterale a forma di trapezio rettangolo, laddove le facce parallele 10 disposte nella direzione di sovrapposizione di ciascun prisma rifrangente 2 definiscono le basi del trapezio e sono sostanzialmente ortogonali alla faccia di ingresso 11 della luce emessa dalla sorgente 3. La faccia di uscita 4 à ̈, invece, inclinata rispetto alle facce parallele 10, e, con particolare riferimento alla forma di realizzazione illustrata in figura 3, essa à ̈ inclinata, e definisce un angolo acuto rispetto alla faccia parallela 10 inferiore del prisma 2, che tra le due facce parallele 10 à ̈ quella più vicina alla base dello spazio dove la diffusione della luce visibile deve essere direzionata. As shown in Figure 3, in a first embodiment of the invention, the refracting prisms 2 have a lateral section in the shape of a rectangular trapezoid, where the parallel faces 10 arranged in the direction of overlap of each refracting prism 2 define the bases of the trapezium and are substantially orthogonal to the inlet face 11 of the light emitted by the source 3. The outlet face 4 is, on the other hand, inclined with respect to the parallel faces 10, and, with particular reference to the embodiment illustrated in Figure 3, it is inclined , and defines an acute angle with respect to the lower parallel face 10 of prism 2, which between the two parallel faces 10 is the one closest to the base of the space where the diffusion of visible light must be directed.
Il funzionamento del sistema di limitazione della diffusione della luce à ̈ di seguito descritto. The operation of the light diffusion limiting system is described below.
La spiegazione del funzionamento del sistema di limitazione della diffusione della luce fa riferimento in particolare alla figura 7, e si avvale delle leggi dell'ottica geometrica, che studia i fenomeni ottici assumendo che la luce si propaghi mediante raggi rettilinei, ed in particolare si avvale della legge di Snell che descrive le modalità di rifrazione di un raggio luminoso nella transizione tra due mezzi con indice di rifrazione diverso. The explanation of the functioning of the system for limiting the diffusion of light refers in particular to figure 7, and makes use of the laws of geometric optics, which studies optical phenomena assuming that light propagates through rectilinear rays, and in particular makes use of of Snell's law which describes the refraction modalities of a light ray in the transition between two media with different refractive index.
La figura 7 illustra un prisma rifrangente 2 attraversato da un raggio incidente i. Figure 7 illustrates a refracting prism 2 crossed by an incident ray i.
Considerando la presenza della regione di interfaccia 20 opaca tra due prismi rifrangenti 2, ed eventualmente della superficie 21 riflettente, i rappresenta il raggio luminoso entrante dalla faccia di ingresso 11 ed incidente sulla faccia di uscita 4 presentante l'angolo di incidenza Î ̧i minimo sulla faccia di uscita 4. Considering the presence of the opaque interface region 20 between two refracting prisms 2, and possibly of the reflecting surface 21, i represents the light ray entering from the inlet face 11 and incident on the outlet face 4 presenting the minimum angle of incidence Î ̧i on the exit face 4.
L'angolo di incidenza di un raggio luminoso su una superficie à ̈ definito come l'angolo compreso tra il raggio luminoso e la normale alla superficie, l'angolo di rifrazione à ̈ invece definito come l'angolo compreso tra il raggio luminoso rifratto uscente da tale superficie e la normale alla superficie stessa. The angle of incidence of a light ray on a surface is defined as the angle between the light ray and the normal to the surface, the angle of refraction is instead defined as the angle between the outgoing refracted light ray from this surface and the normal to the surface itself.
Considerando la geometria del prisma rifrangente 2 illustrato in figura 7, i raggi luminosi che potrebbero incidere sulla faccia di uscita 4 con angoli di incidenza minori di Î ̧i risultano di fatto intercettati dalle regioni di interfaccia 20 opache. Qualsiasi altro raggio entrante dalla faccia di ingresso 11 sia che incida direttamente sulla faccia di uscita 4, sia che venga riflesso dalla superficie riflettente 21 e quindi incida sulla faccia di uscita 4 risulta presentare un angolo di incidenza sulla faccia di uscita 4 maggiore di Î ̧i. Considering the geometry of the refracting prism 2 illustrated in Figure 7, the light rays which could affect the outlet face 4 with incidence angles smaller than Î ̧i are effectively intercepted by the opaque interface regions 20. Any other ray entering from the inlet face 11, whether it directly affects the outlet face 4, or is reflected by the reflecting surface 21 and therefore affects the outlet face 4, has an angle of incidence on the outlet face 4 greater than Î ̧i .
Selezionando opportunamente l'indice di rifrazione n del materiale in cui il prisma rifrangente 2 Ã ̈ realizzato, e le dimensioni geometriche del prisma stesso si dimostra che i raggi entranti nei prismi rifrangenti 2 ed uscenti dalle facce di uscita 4 degli stessi prismi sono direzionati in una regione desiderata e predeterminata dello spazio a valle della faccia di uscita 4 rispetto alla direzione della luce entrante nel prisma. By appropriately selecting the refractive index n of the material in which the refracting prism 2 is made, and the geometric dimensions of the prism itself, it is shown that the rays entering the refracting prisms 2 and exiting from the output faces 4 of the same prisms are directed in a desired and predetermined region of the space downstream of the exit face 4 with respect to the direction of the light entering the prism.
Per esempio, il prisma rifrangente 2 la cui vista laterale à ̈ rappresentata in figura 7 à ̈ realizzato in un materiale avente un indice di rifrazione n pari a 1.54, quale per esempio il vetro, e presenta le seguenti dimensioni relative (espresse per unità di spessore d del prisma): For example, the refracting prism 2 whose side view is shown in figure 7 is made of a material having a refractive index n equal to 1.54, such as glass, and has the following relative dimensions (expressed per unit of prism thickness d):
a = 6.5; a = 6.5;
b = 6. b = 6.
Come di seguito illustrato, tali dimensioni sono tali per cui, in rapporto all'indice di rifrazione esemplificativo n = 1.54 del materiale del prisma, tutti i raggi luminosi incidenti la faccia di uscita 4 vengono rifratti in direzioni che non superano la linea dell'orizzonte 40, pertanto non invadendo la regione dello spazio circostante il prisma che risulta superiore alla linea dell'orizzonte 40. As illustrated below, these dimensions are such that, in relation to the exemplary refractive index n = 1.54 of the prism material, all the light rays incident on the output face 4 are refracted in directions that do not exceed the horizon line. 40, therefore not invading the region of space surrounding the prism which is higher than the horizon line 40.
In particolare, l'angolo compreso tra la faccia parallela 10 inferiore e la faccia di uscita 4 del prisma 2 Ã ̈ detto Î ́: In particular, the angle between the lower parallel face 10 and the exit face 4 of the prism 2 is called Î ́:
Î ́ = arctan ( d / (a - b )) [≈ 63.4°]; Î ́ = arctan (d / (a - b)) [â ‰ ˆ 63.4 °];
L'angolo compreso tra la faccia parallela 10 inferiore del prisma 2 e il raggio i incidente sulla faccia di uscita 4 del prisma 2 à ̈ detto α: α = arctan ( b / d ) [≈ 9.5°]; The angle between the lower parallel face 10 of the prism 2 and the ray i incident on the exit face 4 of the prism 2 is called Î ±: Î ± = arctan (b / d) [â ‰ ˆ 9.5 °];
Ne consegue che l'angolo di incidenza Î ̧i à ̈ legato agli angoli α e Î ́ dalla seguente relazione: It follows that the angle of incidence Î ̧i is related to the angles Î ± and Î ́ by the following relationship:
Î ̧i = 90° - α - Î ́ [≈ 17.1°]; Î ̧i = 90 ° - Î ± - Î ́ [â ‰ ˆ 17.1 °];
Secondo la legge di Snell, l'angolo di rifrazione Î ̧r, ossia l'angolo compreso tra la normale alla faccia di uscita 4 e il raggio rifratto r à ̈ legato all'angolo di incidenza Î ̧i e all'indice di rifrazione n dalla seguente relazione: According to Snell's law, the angle of refraction Î ̧r, i.e. the angle between the normal to the exit face 4 and the refracted ray r is related to the angle of incidence Î ̧i and to the refractive index n by the following relationship:
Î ̧r = arcsin ( n * sin ( Î ̧i)) [≈ 26.9°]; Î ̧r = arcsin (n * sin (Î ̧i)) [â ‰ ˆ 26.9 °];
Considerando che la normale 41 alla faccia di uscita 4 del prisma 2 forma un angolo β rispetto alla linea dell'orizzonte 40 definito dalla seguente relazione: Considering that the normal 41 to the exit face 4 of the prism 2 forms an angle β with respect to the horizon line 40 defined by the following relationship:
β = 90° - Î ́ [≈ 26.6°] β = 90 ° - Î ́ [â ‰ ˆ 26.6 °]
ne consegue che il raggio rifratto r uscente dalla faccia di uscita 4 del prisma 2 ha una direzione che non supera verticalmente la linea dell'orizzonte 40. it follows that the refracted ray r exiting from the exit face 4 of the prism 2 has a direction which does not vertically exceed the horizon line 40.
L'esempio illustrato rende evidente come sia possibile variare i parametri che definiscono la geometria del prisma rifrangente 2, ossia le lunghezze a, b e d, e il suo indice di rifrazione n in modo da comportare il direzionamento dei raggi uscenti dalla faccia di uscita 4 del prisma 2 esclusivamente in una regione desiderata e predefinita. Il medesimo concetto si applica anche alle forme di realizzazione ulteriori che sono di seguito descritte. The illustrated example shows how it is possible to vary the parameters that define the geometry of the refracting prism 2, i.e. the lengths a, b and d, and its refractive index n so as to lead to the direction of the rays exiting from the output face 4 of the prism 2 exclusively in a desired and predefined region. The same concept also applies to the further embodiments which are described below.
La figura 3, che illustra la prima forma di realizzazione del trovato, mostra, a titolo esemplificativo il percorso di alcuni raggi di luce 50-54 all'interno di un prisma rifrangente 2. In particolare si nota che il raggio 50 attraversa il prisma 2 venendo rifratto alla faccia di uscita 4. Lo stesso dicasi per il raggio 54. Il raggio 51 incide invece sulla regione di interfaccia 20 opaca, e quindi viene bloccato. Il raggio 52 incide sulla superficie riflettente 21 della regione di interfaccia 20 superiore del prisma 2 di riferimento, viene riflesso, e quindi incide sulla regione di interfaccia 20 opaca inferiore, venendo bloccato. Il raggio 53 incide sulla superficie riflettente 21 della regione di interfaccia 20 superiore del prisma 2 di riferimento, viene riflesso, incide sulla faccia di uscita 4 e quindi viene rifratto. Figure 3, which illustrates the first embodiment of the invention, shows, by way of example, the path of some light rays 50-54 inside a refracting prism 2. In particular, it is noted that the ray 50 passes through the prism 2 being refracted at the exit face 4. The same applies to the ray 54. The ray 51, on the other hand, affects the opaque interface region 20, and is therefore blocked. The beam 52 strikes the reflecting surface 21 of the upper interface region 20 of the reference prism 2, is reflected, and therefore strikes the lower opaque interface region 20, being blocked. The ray 53 affects the reflecting surface 21 of the upper interface region 20 of the reference prism 2, is reflected, affects the output face 4 and is then refracted.
La figura 4 illustra un seconda forma di realizzazione del trovato, secondo la quale i prismi rifrangenti 102 presentano una sezione laterale a forma di parallelogramma nella quale la faccia di ingresso 111 e la faccia di uscita 104 sono tra loro parallele, ma inclinate rispetto alle facce parallele 110. La regione di interfaccia 120 tra ciascuno dei prismi rifrangenti 102 Ã ̈ opaca. Le regioni di interfaccia 120 opache tra ciascuna coppia di prismi 102 Ã ̈ tale per cui un raggio entrante dalla faccia di ingresso 111 ortogonalmente alla faccia di ingresso viene intercettato dalle regioni di interfaccia 120 opache, o eventualmente da una superficie 121 riflettente della regione di interfaccia 120. Pertanto i raggi incidenti sulla faccia di uscita 104 del prisma 102 vengono rifratti all'uscita dal prisma 102 in una direzione che non supera mai la linea dell'orizzonte. Figure 4 illustrates a second embodiment of the invention, according to which the refracting prisms 102 have a lateral section in the shape of a parallelogram in which the inlet face 111 and the outlet face 104 are parallel to each other, but inclined with respect to the faces parallel 110. The interface region 120 between each of the refracting prisms 102 is opaque. The opaque interface regions 120 between each pair of prisms 102 is such that a ray entering from the inlet face 111 orthogonally to the inlet face is intercepted by the opaque interface regions 120, or possibly by a reflecting surface 121 of the interface region 120. Therefore, the rays incident on the exit face 104 of the prism 102 are refracted at the exit from the prism 102 in a direction that never exceeds the horizon line.
La figura 4 illustra, a titolo esemplificativo il percorso di alcuni raggi di luce 150-154 all'interno del prisma rifrangente 102. Similmente al caso di figura 3, il raggio 150 attraversa il prisma 102 venendo rifratto alla faccia di uscita 104, come anche il raggio 154. Il raggio 151 incide invece sulla regione di interfaccia 120 opaca, e quindi viene bloccato. Il raggio 152 incide sulla superficie riflettente 121 della regione di interfaccia 120 superiore del prisma 102 di riferimento, viene riflesso, e quindi incide sulla regione di interfaccia 120 opaca inferiore, venendo bloccato. Il raggio 153 incide sulla superficie riflettente 121 della regione di interfaccia 120 superiore del prisma 102 di riferimento, viene riflesso, incide sulla faccia di uscita 104 e quindi viene rifratto. Figure 4 illustrates, by way of example, the path of some light rays 150-154 inside the refracting prism 102. Similarly to the case of figure 3, the ray 150 passes through the prism 102 and is refracted at the outlet face 104, as well as the ray 154. The ray 151, on the other hand, affects the opaque interface region 120, and is therefore blocked. The beam 152 strikes the reflecting surface 121 of the upper interface region 120 of the reference prism 102, is reflected, and then strikes the lower opaque interface region 120, being blocked. The beam 153 strikes the reflecting surface 121 of the upper interface region 120 of the reference prism 102, is reflected, strikes the output face 104 and is then refracted.
La figura 5 illustra una terza forma di realizzazione secondo il trovato, in cui i prismi rifrangenti 202 presentano una faccia di ingresso 211 inclinata rispetto alle facce parallele 210, ed una faccia di uscita 204 che presenta una forma curva con la concavità rivolta verso l'interno del rispettivo prisma 202, avente per esempio la forma di un arco di circonferenza. Le regioni di interfaccia 220 tra ciascun prisma 202 sono opache. Tutti i raggi incidenti che colpiscono la faccia di uscita 204 vengono rifratti all'uscita dal prisma 202 in una direzione che non supera mai la linea dell'orizzonte, grazie al fatto che il centro dell'arco di circonferenza che costituisce la faccia 204, giace sulla linea 232 ortogonale alla faccia di ingresso 211 e passante per il punto di intersezione 233 tra regione di interfaccia 220 inferiore del prisma 202 di riferimento e faccia di ingresso 211. Anche questa forma di realizzazione prevede che una superficie 221 della regione di interfaccia 220 possa essere riflettente. Figure 5 illustrates a third embodiment according to the invention, in which the refracting prisms 202 have an inlet face 211 inclined with respect to the parallel faces 210, and an outlet face 204 which has a curved shape with the concavity facing the interior of the respective prism 202, having for example the shape of an arc of circumference. The interface regions 220 between each prism 202 are opaque. All the incident rays which strike the exit face 204 are refracted at the exit from the prism 202 in a direction that never exceeds the horizon line, thanks to the fact that the center of the arc of circumference that constitutes the face 204 lies on the line 232 orthogonal to the inlet face 211 and passing through the point of intersection 233 between the lower interface region 220 of the reference prism 202 and the inlet face 211. Also this embodiment provides that a surface 221 of the interface region 220 can be reflective.
La figura 5 illustra, a titolo esemplificativo il percorso di alcuni raggi di luce 250-254 all'interno del prisma rifrangente 202. Il raggio 250 attraversa il prisma 202 venendo rifratto alla faccia di uscita 204, come anche il raggio 254. Il raggio 251 incide invece sulla regione di interfaccia 220 opaca, e quindi viene bloccato. Il raggio 252 incide sulla superficie riflettente 221 della regione di interfaccia 220 superiore del prisma 202 di riferimento, viene riflesso, e quindi incide sulla regione di interfaccia 220 opaca inferiore, venendo bloccato. Il raggio 253 incide sulla superficie riflettente 221 della regione di interfaccia 220 superiore del prisma 202 di riferimento, viene riflesso, incide sulla faccia di uscita 204 e quindi viene rifratto. Figure 5 illustrates, by way of example, the path of some rays of light 250-254 inside the refracting prism 202. The ray 250 passes through the prism 202 being refracted at the outlet face 204, as well as the ray 254. The ray 251 instead it affects the opaque interface region 220, and is therefore blocked. The beam 252 strikes the reflecting surface 221 of the upper interface region 220 of the reference prism 202, is reflected, and then strikes the lower opaque interface region 220, being blocked. The beam 253 strikes the reflecting surface 221 of the upper interface region 220 of the reference prism 202, is reflected, strikes the exit face 204 and is then refracted.
La figura 6 illustra una quarta forma di realizzazione secondo il trovato, in cui i prismi rifrangenti 302 presentano una faccia di ingresso 311 sostanzialmente ortogonale alle facce parallele 310, laddove la faccia di uscita 304 à ̈ curva con la concavità rivolta verso l'interno del rispettivo prisma 302, ed à ̈ per esempio costituita da un arco di circonferenza. La faccia di ingresso 311 presenta una porzione opaca 331 tale da intercettare la luce i cui raggi incidenti verrebbero rifratti in una direzione tale da superare la linea dell'orizzonte. In particolare, nel caso in cui le facce parallele 310 di un prisma 302 abbiano le stesse dimensioni, la porzione opaca 331 copre tutta la porzione della faccia di ingresso 311 del prisma 302 che sottostà alla linea 332 passante per il centro dell'arco di circonferenza che costituisce la faccia 304, detta linea 332 essendo ortogonale alla faccia di ingresso 311. Le regioni di interfaccia 320 tra ciascuno dei prismi 302 sono opache, e possibilmente una superficie 321 della regione di interfaccia 320 à ̈ riflettente. Figure 6 illustrates a fourth embodiment according to the invention, in which the refracting prisms 302 have an inlet face 311 substantially orthogonal to the parallel faces 310, where the outlet face 304 is curved with the concavity facing towards the inside of the respective prism 302, and is for example constituted by an arc of circumference. The inlet face 311 has an opaque portion 331 such as to intercept the light whose incident rays would be refracted in a direction such as to exceed the horizon line. In particular, if the parallel faces 310 of a prism 302 have the same dimensions, the opaque portion 331 covers the whole portion of the inlet face 311 of the prism 302 which underlies the line 332 passing through the center of the arc of circumference which constitutes the face 304, said line 332 being orthogonal to the inlet face 311. The interface regions 320 between each of the prisms 302 are opaque, and possibly a surface 321 of the interface region 320 is reflective.
La figura 6 illustra, a titolo esemplificativo il percorso di alcuni raggi di luce 350-355 all'interno del prisma rifrangente 302. Il raggio 350 attraversa il prisma 302 venendo rifratto alla faccia di uscita 304, come anche il raggio 354. Il raggio 351 incide invece sulla regione di interfaccia 320 opaca, e quindi viene bloccato. Il raggio 352 incide sulla superficie riflettente 321 della regione di interfaccia 320 superiore del prisma 302 di riferimento, viene riflesso, e quindi incide sulla regione di interfaccia 320 opaca inferiore, venendo bloccato. Il raggio 353 incide sulla superficie riflettente 321 della regione di interfaccia 320 superiore del prisma 302 di riferimento, viene riflesso, incide sulla faccia di uscita 304 e quindi viene rifratto. Il raggio 355 viene bloccato dalla porzione opaca 331 prima della faccia di ingresso 311 prima di entrare nel prisma 302. Figure 6 illustrates, by way of example, the path of some rays of light 350-355 inside the refracting prism 302. The ray 350 passes through the prism 302 and is refracted at the exit face 304, as well as the ray 354. The ray 351 instead it affects the opaque interface region 320, and is therefore blocked. The beam 352 strikes the reflecting surface 321 of the upper interface region 320 of the reference prism 302, is reflected, and then strikes the lower opaque interface region 320, being blocked. The beam 353 strikes the reflecting surface 321 of the upper interface region 320 of the reference prism 302, is reflected, strikes the exit face 304 and is then refracted. The beam 355 is blocked by the opaque portion 331 before the entrance face 311 before entering the prism 302.
Vantaggiosamente, il sistema di limitazione della diffusione della luce può essere apposto ad un'insegna luminosa o altra sorgente luminosa, oppure può essere realizzato come parte integrante di un'insegna luminosa o altra sorgente luminosa, essendo per esempio realizzato integralmente al pannello diffusore di un'insegna luminosa. Advantageously, the system for limiting the diffusion of light can be affixed to a light sign or other light source, or it can be made as an integral part of a light sign or other light source, being for example made integrally with the diffuser panel of a 'lighted sign.
Le figure 8 e 9 illustrano il sistema 1 di limitazione della diffusione della luce applicato all'illuminazione di una vetrina 80, laddove i prismi rifrangenti sono applicati al vetro delle sorgenti luminose 3, quali per esempio faretti, del sistema di illuminazione della vetrina 80. Il sistema 1 di limitazione della diffusione della luce rifrange la luce intercettata delle sorgenti luminose 3 in modo da direzionarla in una regione 81 limitata dello spazio circostante, interna alla vetrina 80 stessa. Infatti i raggi luminosi sono contenuti internamente al vetro 82 della vetrina 80, illuminando il contenuto della vetrina 80, ma evitando di abbagliare una persona 83 che, dall'esterno del vetro 82, guarda l'interno della vetrina 80. Figures 8 and 9 illustrate the system 1 for limiting the diffusion of light applied to the illumination of a showcase 80, wherein the refracting prisms are applied to the glass of the light sources 3, such as spotlights, of the lighting system of the showcase 80. The system 1 for limiting the diffusion of light refracts the intercepted light of the light sources 3 so as to direct it into a limited region 81 of the surrounding space, inside the showcase 80 itself. In fact, the light rays are contained inside the glass 82 of the showcase 80, illuminating the contents of the showcase 80, but avoiding dazzling a person 83 who, from the outside of the glass 82, looks at the inside of the showcase 80.
Il sistema di limitazione della diffusione della luce, concepito come un pannello nel caso di applicazione ad un'insegna luminosa, può essere per esempio concepito anche nella forma di un cilindro o di una semisfera, per limitare la diffusione della luce emessa da una sorgente sferica, quale per esempio una comune lampadina. Si à ̈ in pratica constatato come il sistema di limitazione della diffusione della luce, secondo il presente trovato, assolva il compito nonché gli scopi prefissati in quanto consente di limitare la diffusione della luce direzionandola in una regione limitata dello spazio circostante. The system for limiting the diffusion of light, conceived as a panel in the case of application to a light sign, can for example also be conceived in the form of a cylinder or a hemisphere, to limit the diffusion of the light emitted by a spherical source. , such as a common light bulb. In practice it has been found that the system for limiting the diffusion of light, according to the present invention, achieves the intended aim and objects since it allows to limit the diffusion of light by directing it into a limited region of the surrounding space.
Un altro vantaggio del sistema di limitazione della diffusione della luce, secondo il trovato, consiste nel fatto di consentire la drastica riduzione dell'inquinamento luminoso. Another advantage of the system for limiting the diffusion of light, according to the invention, consists in the fact that it allows a drastic reduction of light pollution.
Un ulteriore vantaggio del sistema di limitazione della diffusione della luce, secondo il trovato, consiste nel fatto di garantire una miglior efficienza di illuminazione rispetto ai sistemi di tipo noto di riduzione dell'inquinamento luminoso. A further advantage of the system for limiting the diffusion of light, according to the invention, consists in ensuring a better lighting efficiency with respect to known systems for reducing light pollution.
Infatti, il sistema di limitazione della diffusione della luce, secondo il trovato, Ã ̈ in grado di deviare verso la regione dello spazio desiderata la luce che, attraverso i sistemi di tipo noto, come gli schermi opachi, verrebbe semplicemente bloccata. In fact, the system for limiting the diffusion of light, according to the invention, is able to divert the light which, through known systems, such as opaque screens, would simply be blocked towards the desired region of the space.
Un altro vantaggio del trovato consiste nel fatto di potersi adattare a diversi tipi di sorgenti luminose. Another advantage of the invention consists in the fact that it can be adapted to different types of light sources.
Il sistema di limitazione della diffusione della luce così concepito à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo. The system for limiting the diffusion of light thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept.
Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti. Furthermore, all the details can be replaced by other technically equivalent elements.
In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni e le forme contingenti potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze. In practice, the materials employed, so long as compatible with the specific use, as well as the contingent shapes and dimensions, may be any according to requirements.
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