BR112013012109B1 - Óptica convergente misturadora de cores e de luz - Google Patents

Abstract

sistema óptlco convergente de mistura de cores. a presente invenção refere-se a uma óptica para uma irradiação de luz enfeixada que pode ser empregada como pixel com capacidade integral de cores em uma disposição reticulada, principalmente para sinais cambiantes de tráfego e painéis de indicação eletrônica ao ar iivre. como fonte luminosa (1) funciona, entre outros, um led normalmente comerciado do tipo fullcolor ou na forma de construção smd com cristal led vermelho,verde e azul. imediatamente na frente encontra-se a face de entrada (3), eventualmente da mesma extensão, de uma vara condutora de luz (2) de seção transversal constante a qual apresenta uma face lateral constituída de planos adjacente em arestas agudas. esta unidade capta a luz amplamente em forma completa e produz, de maneira muito eficiente sem auxílio de uma difusão, uma mistura completa das diferentes cores e claridades. a saída da luz (4) da vara condutora de luz (2) está situada no foco de uma lente convergente (5) que enfeixa a luz em saída. a lente convergente (5) e a vara condutora de luz (2) podem ser constituídas de forma inteiriça. a luz que abandona a vara condutora de luz poderá ser adicionalmente adequada na sua distribuição por faces de ação óptica ou estruturas difusoras sobrepostas a lente convergente.

Description

[001] A presente invenção refere-se a uma óptica convergenteque mistura cores e luz, especialmente pixel compatível com cores integrais para placas indicadoras reprodutoras de imagem ao ar livre, para luzes tipo spot ou sinalização, constituído de uma fonte de luz LED, bem como de uma vara condutora de luz e uma lente convergente prevista na frente, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1.

[002] Até agora, para painéis indicadores ao ar livre que precisammostrar conteúdos variáveis como, por exemplo, indicações de alteração no tráfego para influenciar o tráfego, entre outros pontos luminosos, que abrangem uma fonte de luz, especialmente um LED. Pela ativação eletrônica das LEDS podem ser ligados e desligados pontos de luz, bem como também podem ser representadas diferenças de claridade graduais. Estes pontos luminosos serão dispostos em cores luminosas variadas, ou de acordo com símbolos a serem mostrados como, por exemplo, sinais de trânsito ou em áreas maiores em uma integração reticulada para assim, apresentar gráficos, textos ou também imagens que podem ser programados aleatoriamente. Aqui os pontos luminosos agem como os chamados pixels.

[003] Contrário a telas de vídeo de áreas grandes na base deLED, que requerem uma irradiação luminosa larga para o público que se encontra na sua frente, imagens sobre o trânsito são limitadas a ângulos de irradiação ou de observação muito mais estreitos porque frequentemente somente precisam ser vistos a partir de uma via de deslocamento a partir de grande distância. Além disso, apresentam normalmente indicações constantes e imagens fixas que mudam apenas raramente. Além disso, resultam consideráveis simplificações na eletrônica de ativação e no consumo de energia e, portanto, custos de aquisição de operação bem menores. Todavia, grandes distâncias de visualização e influências meteorológicas também requerem intensidades luminosas maiores, sendo que também são estipuladas normas determinadas no âmbito técnico de luminosidade.

[004] Enquanto que, até agora, pontos luminosos monocromáticos são geralmente suficientes e as poucas apresentações de imagem, constituídas eventualmente de uma combinação de um ponto luminosos vermelho, verde e azul, são reunidas e apresentadas como pixel colorido em uma disposição reticulada, no futuro deve-se esperar que sejam desejadas cada vez maiores apresentações coloridas em uma resolução cada vez maior e uma disposição de pixel de 3 pontos luminosos monocromáticos ficaria demasiado grande e dispendiosa.

[005] Em comparação, nas telas de vídeos de imagens grandesLED, são usados LED especialmente produzidos para estas unidades que contém as três cores básicas vermelho, verde e azul, na forma de três cristais LED em um alojamento conjunto, comum, sendo que cada cor pode ser acessada individualmente. No caso, as três cores apresentam uma característica de irradiação idêntica que é lograda eventualmente pelo acréscimo de meios difusores nos LED. Este chamado LED FullColor ou Multi-LED apresentam uma face de incidência luminosa plana e estão integradas na retícula do pixel. Irradiação a sua luz como chamados irradiadores de cosseno sendo que a luz no centro é mais intensa e até a borda com aproximadamente 90° diminui progressivamente de acordo com a função de uma curva de cosseno declina para 0. Como a luz é irradiada em forma semiesférica em uma área muito grande, a claridade também no centro é reduzida e devido ao emprego crescente de energia e de arrefecimento também não pode ser aumentada, razão porque estas telas de imagens são usadas apenas em áreas internas. Na área externa, telas de vídeo de imagens grandes também são construídas com uma capa de lente especial, que enfeixa em forma integrada LEDs especiais, individualmente ver- melhas, verdes e azuis, e de construção ovalada e irradiação luminosa porque a claridade de luz de dia necessária de outro modo não poderia ser alcançada de uma maneira econômica.

[006] Em todas as telas de imagens grandes de LED é especialmente importante conformar na maior extensão possível de modo idêntico a irradiação luminosa dos LED porque do contrário, com observação lateral, surgem defasagem de cores, linhas de cores ou manchas de cores. É muito complexo construir LEDs monocromáticos com uma tampa de lente de tal maneira que estejam todos alinhados um em relação ao outro de forma precisa, especialmente quando os LEDS ainda estão posicionados em pés de arame.

[007] Os LED FullColor ou Multi-LED são soldados como umaforma construída SMD de maneira simples na retícula sobre uma placa de circuitos adequada, com o que é proporcionado um alinhamento plano exato, e a irradiação da luz dos três cristais LED também é uniforme.

[008] É viável agora usar a forma de construção simples e decusto vantajoso de um LED FullColor ou Multi-LED também para potenciais de luminosidade elevados, sendo que a luz irradiada em faixa larga simplesmente será enfeixada pela lente convergente precedente. Este modo fracassa, todavia, porque a luz dos três cristais de cores, devido à lente frontal, não pode ser enfeixados identicamente em sentido recíproco, porque cada cor está direcionado para outra direção, de modo correspondente à disposição dos cristais no LED e das formas ópticas de acordo com as leis para reprodução de imagem. Portanto, as cores precisam ser bem misturadas antes de um enfeixamento.

[009] Já existem propostas para a mistura de cores de LED diferenciados. No documento JP 2008 047482 A (Epson) é apresentado uma iluminação de display por irradiação de cantos com LEDS de cores diferenciadas, filtro de polarização e mistura de cores. Aqui, a tare- fa básica é diferente, sendo que a mistura das cores sem enfeixamen- to da luz já é formada no próprio Multi-LED.

[010] Também nos painéis de publicidade conhecidos com irradiação de arestas por LED em cores diferenciadas apresenta-se auto-maticamente uma mistura muito boa de cores sem enfeixamento, sendo que a luz de cada LED é distribuída por toda a face de indicação através de reflexão múltipla e difusão.

[011] Também luminárias de ambientes com LED vermelho, verde e azul geram uma cor branca mesclada uniformemente desde que utilizem LEDS com uma característica de irradiação idêntica e por difusão adicional com discos de recobrimento estruturados sejam padronizados adicionalmente, de maneira que é formado um efeito luminoso e cores uniformes.

[012] Uma mistura de cores sem enfeixamento de luz pode, portanto, ser realizado de modo simples pela difusão da luz. Deve-se mencionar também indicações de status em aparelhos eletrônicos, onde são usados LED com vários cristais que apresentam eventualmente vermelho e verde e como cor misturada amarelo.

[013] A luz desses LEDs será conduzida através de condutoresde luz para uma superfície do alojamento onde serão irradiados em expansão larga. Esta expansão, ou seja, difusão significa basicamente também uma perda de energia da luz que se expressa em uma capacidade de enfeixamento menor, bem como implica em perdas pela luz que abandona pela difusão o sistema óptico prematuramente, não podendo ser utilizada.

[014] Mas, também já passou a ser conhecida uma disposiçãopara luz misturada enfeixada. Na patente US 2010 020565 A1 (Seward) é proposto que a luz colorida de forma diferenciada dos LEDS seja completamente misturada em uma pequena esfera (Esfera de Ul- bricht) e, sendo conduzida por uma vara coletora de luz para uma ópti- ca convergente de enfeixamento intenso. Na prática, esta proposta fracassa nas grandes perdas da luz de fusa das paredes da esfera, bem como no tamanho construído necessário e do esforço para esta disposição.

[015] Basicamente já é conhecido de longa data uma transferência de luz através de condutores luminosos em uma de cujas extremidades irradiam uma fonte de luz e cuja outra extremidade a luz refletida é distribuída por uma óptica. Este sistema básico, todavia, pode ser modificado por um grande número diferenciado de parâmetros, de maneira que surge uma multiplicidade incomensurável de propriedades e possibilidades de conformação.

[016] Considerando-se as especificidades de um condutor luminoso, além de muitas outras propriedades aceita-se geralmente que este condutor luminoso mistura a luz "per se" e, portanto, basicamente atua como um misturador de cores luminosas ou de intensidade, como eventualmente uma superfície áspera ou um material transluzente de fuso, como, por exemplo, vidro leitoso. Efetivamente, um condutor luminoso é um elemento óptico altamente transparente, realmente preciso, que não se diferencia em nada, na sua função, de uma lente óptica de um prisma óptico e de outros objetos ópticos. No seu interior se produz uma irradiação que pode ser precisamente determinada que depende apenas do tipo da fonte de luz e da sua ação sobre a face de incidência.

[017] A expressão de uma propriedade "misturadora" surge devido ao fato de que a luz é avançada por uma reflexão total múltipla nas paredes condutoras luminosas e, portanto, exercem tolerâncias de superfície de influência muito grande sobre o resultado, porque mesmo as menores falhas de ângulo nas faces da parede serão duplicadas na reflexão total e "o circuito em série" que conduz numerosas reflexões resulta em outras tolerâncias da deflexão luminosa. Portanto, conduto- res luminosos longos apresentam realmente um efeito misturador que é formado por tolerância de fabricação inevitável. Todavia, condutores luminosos curtos, produzidos com muita precisão, não apresentam qualquer efeito misturador, razão porque agem sobre a luz como lentes ópticas ou prismas.

[018] Outro critério é a eficiência do sistema fonte de luz - condutor de luz, distribuição. Sendo conduzido de mesma maneira boa como cada raio luminoso da fonte luminosa através do condutor luminoso, sendo irradiada de uma forma útil, a eficiência é quase de 100%. Praticamente, nem todos os raios luminosos encontram o condutor luminoso, elas perdem a face de incidência ou serão ali refletidas. Os materiais e superfícies absorvem também uma parcela da luz e na distribuição também muitos raios luminosos irradiarão em áreas não necessárias. Especialmente condutores luminosos de feixes de fibras apresentam as chamadas "perdas de nesgas" entre as fibras redondas, sendo que a luz é para ali irradiada, porém, não é avançada. Da mesma maneira também a camada lateral de uma fibra de material de fracionamento baixo não está condições de avançar a luz.

[019] Outro critério é o efeito óptico de um condutor luminoso.Alargando-se o condutor luminoso, a luz será enfeixada já que a cada reflexão na parede o ângulo do eixo de cada raio luminoso será reduzido. Estreitando-se, todavia, a luz será difundida, quando é ultrapassado de forma muito rápida "a abertura" do condutor luminoso. A luz incidirá então sob ângulos cada vez mais íngremes sobre as paredes de reflexão até que possa sair lateralmente e ser perdido lateralmente do condutor luminoso.

[020] A patente europeia EP 0 596 865 A2 descreve um dispositivo para irradiação de luz, sendo que é usado um elemento óptico e, como fonte de luz, uma LED. No caso, deve-se observar que para transferir a luz são usadas linhas de fibras de vidro que também po- dem apresentar curvaturas aleatórias. Pela ativação seletiva de LEDS diferenciados, será influenciado o ângulo de irradiação do feixe de luz global. Além disso, estas linhas de fibras de vidro, preferencialmente feixes de fibras, considerados especificamente apresentam uma seção transversal de formato circular.

[021] O documento US 2009/0052189 A1 revela uma disposiçãopara produzir um Spotlight com enfeixe elevado e simultânea mistura das cores básicas R, G, B. Este irradiador LED abrange uma fonte de luz LED com vários cristais LED, uma lente em forma de vara com a função de uma vara condutora de luz e um elemento óptico. Neste sentido o documento US 2009/0052189 A1 revela o conjunto básico conhecido, complementado por uma "primeira" óptica enfeixada que enfeixa a luz irradiada pela fonte de luz LED na face de incidência de uma vara condutora de luz quadrada que se estreita conicamente e cuja face de saída está situada no foco de um refletor. No caso, a lente convergente primária está disposta diante da vara condutora de luz e a luz do LED será enfeixada na sua face de incidência sendo que, além disso, a lente em forma de vara apresenta um formato transversal que se estreita desde a fonte luminosa LED na direção da lente. Desta maneira, no documento US 2009/0052189 A1 é usado principalmente um refletor porque a vara condutora de luz que se estreita conicamen- te irradia a luz para um hemisfério que é mais fácil de ser enfeixada por um refletor. Por outro lado, no segundo sistema convergente apresentado no documento US 2009/0052189 A1, através de um espelho dicroitico a luz já foi previamente misturada. Estas diferenças essenciais baseiam-se no objetivo do documento US 2009/0052189 A1 de lograr um enfeixamento máximo, ao passo que com a presente invenção deve ser logrado uma distribuição de luz determinada.

[022] Por outro lado, o documento WO 2006/054199 A1 revelauma fonte de luz que apresenta um dínamo com ao menos uma LED e/ou ao menos um elemento emissor de luz laser para gerar e acoplar luz em ao menos um condutor de luz que abrange ao menos um elemento desacoplador para o desacoplamento da luz.

[023] Constitui objeto da invenção, construir uma óptica que mistura de tal forma completa a luz dos cristais LED diferenciados de um LED FullColor ou Multi-color deste tipo, de maneira que sua intensidade e direção permanecem preservadas em um espaço pequeno, e, em seguida, podendo ser enfeixado de forma conhecida sem conformar para o observador diferenças de cores, linhas de cores, ou manchas de cores, sendo que a disposição terá de apresentar custo vantajoso e deve ser de dimensão reduzida.

[024] Isto se verifica de acordo com a invenção pelo fato de que afonte de luz LED contém vários cristais LED, sendo que a face de entrada da luz da vara condutora de luz está disposta diante da face de saída de luz da fonte de luz e capta a luz de cada cristal, estendendo- se a vara condutora de luz perpendicularmente para com a sua face de entrada, sendo constante a sua seção transversal ou aumenta progressivamente e a saída da luz da vara condutora de luz encontra-se na faixa do foco da lente convergente prevista na frente. Quanto à formulação "na área do foco" observa-se que, visto do ponto de vista técnico, a face de saída de luz coincide possivelmente com o foco, ou seja, está situada na área diretamente circundante o foco. Além disso, de acordo com a invenção, o comprimento da vara condutora de luz representa um múltiplo do diâmetro da face de entrada.

[025] A presente invenção baseia-se no uso de um LED RGBnormalmente comercializado com cristais nas três cores básicas vermelho, verde e azul (R, G, B) para produzir luz com mistura de cores aleatória. Enquanto que o próprio LED cumpre as exigências de uma mistura de cores, sendo que irradia a luz de cada cristal como chamado irradiador cosseno sobre um hemisfério, não mais estará cumprindo esta mistura de luz quando uma óptica, ou seja, uma objetiva de enfeixe de luz for posto na sua frente para enfeixar a irradiação de luz em uma determinada direção e fazer assim o seu reforço. Ocorre que os cristais geram na projeção cada uma, uma mancha colorida. Estas manchas de cores, todavia, em virtude da disposição dos cristais lado a lado não se encobrem reciprocamente e, portanto, a luz enfeixada não aprece na cor da mistura, porém, como uma mancha de cor.

[026] Portanto, é necessário fazer uma espécie de "mistura deseparação" das três cores luminosas e claridades por um elemento óptico adicional entre LED e óptica a fim de obter uma cor de mistura uniforme. No caso deve ser obtida uma eficácia máxima e naturalmente uma forma de realização do custo vantajoso do elemento óptico que então será usado em grande número de peças individuais como pixel de um painel indicador. A eficiência elevada reduz o consumo de corrente e o aquecimento do painel indicador e, portanto, o esforço para o arrefecimento e os custos operacionais.

[027] O núcleo da invenção constitui, portanto, o emprego deuma vara condutora de luz de conformação especial que está aplicada diretamente na LED, acolhendo toda a sua luz, realizando uma "separação da mistura" e embocando diretamente, de forma inteiriça, na óptica convergente, com o que é proporcionada a maior possível eficiência por um lado e por outro lado também não é perdia a capacidade de enfeixamento da luz, de maneira que o diâmetro da óptica não será maior do que as ópticas convencionais com LED monocromático da mesma forma de construção, ou seja, tamanho do alojamento.

[028] A luz que abandona a fonte de luz LED penetra logo na face de entrada no lado frontal da vara condutora de luz. A sua faixa angular será, portanto, reduzida de +/- 90° (hemisfério) pela fração da luz na dependência do índice de refração do material condutor de luz, para um ângulo de, por exemplo, +/- 42° em relação ao eixo, eventual- mente com o uso de Plexiglas. Como é conhecido, este ângulo é calculado como arco cosseno do valor recíproco do índice de refração. A vara condutora de luz pode ser produzida de materiais sintéticos transparentes adequados ou de vidros.

[029] Com uma seção transversal constante da vara condutorade luz, a luz incidirá então sob o máximo de 42° nas paredes, razão porque totalmente refletida porque uma passagem pelas faces laterais aqui somente é possível a partir de cerca de 48° para o eixo. Alcança, portanto, desta maneira conhecida, através de uma reflexão total múltipla e sem perdas, as paredes da vara condutora de luz até a sua saída de luz que pode perfeitamente ter o mesmo tamanho como a face de entrada e será, portanto, misturada pela conformação geométrica da vara condutora de luz. Sem outras medidas, na saída a luz seria novamente difundia para +/- 90°. A saída da luz pode, portanto, como também a face de saída do LED, porém, vista com luz misturada, poderá ser enfeixada através de uma lente, convergente de forma conhecida. A mistura se verificará então essencialmente sem perdas de luz.

[030] A mistura é uma sequência da conformação da camisa e docomprimento da vara condutora de luz. Devido ao grande número de possíveis seções transversais, a explanação se restringe ao modo de ação para poucas formas simples, mas que não representa uma restrição da extensão da proteção.

[031] Basicamente, cada condutor de luz mistura a luz incidentedepois de cobrir um determinado percurso, o que é realizado de forma uniforme pela saída da luz. Além da conformação geométrica, constituem causas especialmente pequenos desvios geométricos da superfície, aspereza da superfície, inclusões no material ou uma curvatura da vara condutor de luz que influenciam o ângulo de deflexão e, portanto, contribuem para a mistura da luz. Estas difusões também abrangem perdas quando os ângulos reflexivos forem alterados em tal extensão que a luz não é mais totalmente refletida, sendo perdida por saída lateral. E quanto mais extenso for o condutor de luz, tanto mais luz é perdida pela absorção no material.

[032] No emprego de acordo com a invenção, o comprimento davara condutora de luz convenientemente é mantido o mais curto possível. A mistura será exclusivamente realizada pela geometria do condutor de luz, sendo que desvios da geometria ou do material para aprimorar a mistura pelo efeito difusor reduz a eficiência e não são aqui nem desejáveis nem necessários. Além disso, a vara condutora de luz distribui a luz de cada cristal dentro do mesmo comprimento condutor de luz uniformemente sobre a saída da luz, independente se um cristal está posicionado no centro ou na área marginal da face de entrada.

[033] A invenção será, agora, explicada com base no desenho. AFig.1 e Figu. 2 apresentam vistas por cima para retículas diferenciadas de imagens especulares da fonte de luz, a Fig. 3 apresenta um corte por uma disposição de acordo com a invenção juntamente com a passagem dos raios, as Fig. 4 e 5 apresenta ópticas de acordo com a invenção.

[034] Se considerarmos, inicialmente, uma vara condutora de luzcom uma seção transversal retangular constante na frente de uma fonte de luz de saída de luz aproximadamente da mesma extensão como também mostrado na Fig. 3, então a sua ação, baseado na Fig. 1, poderá ser descrita da seguinte maneira:

[035] Quando se observar, em um modo imaginário, um pontoimediatamente dentro da saída de luz 4 da vara condutora de luz 2 contra a fonte de luz 1, então - devido a reflexão total nos lados - a vara condutora de luz 2 apresenta-se como um tubo retangular de espelhos planos. A fonte de luz 1 visível pela face de entrada de luz 3 se reflete não somente em todas as 4 paredes laterais, porém, surge - pela reflexão de espelhos múltiplos das faces especulares paralelas opostas - uma padrão retangular de imagens especulares 1a, 1b, 1c, ... da mesma fonte de luz 1. Trata-se aqui de um efeito comparável com uma visão para um chamado caleidoscópio. A fonte de luz 1 apresenta aqui três cristais, R, G, B de cor diferenciada, especialmente vermelho, verde e azul, cujas imagens refletidas Ra, Rb, Rc, ... Ga, Gb, Ge, ... Ba, Bb, Bc, ... também estão desenhadas. Se a vara condutora de luz 2 for conformada com arestas agudas, então a visão para todas as imagens especulares é possível de uma forma desobstruída. No caso de maiores raios de cantos, várias imagens refletidas seriam encobertas pelo raio, ou seja, resultariam reflexões nos próprios raios com o que a apresentação seria prejudicada.

[036] Se o cristal LED R, G, B não se encontrar no centro da facede entrada 3, então várias imagens especulares estão posicionadas mais estreitas entre si, outras mais distânciadas, sendo que na média nada se altera essencialmente porque cada imagem especular permanece naturalmente dentro de sua face de entrada retangular também incluída na reflexão especular. O campo das imagens especulares é limitado pelo ângulo limite dependente do material da reflexão total com cerca de 42° para Plexiglas, sendo que imagens especulares de LED previstas mais externamente não mais podem irradiar luz na direção da saída da luz e, portanto, são inexistentes. Quanto mais longa a vara condutora de luz 2, tanto mais distante encontra-se o observador e tanto maior será o campo visível de imagens especulares, tanto menores serão as diferenças de ângulos de visualização entre as imagens especulares e tanto maiores serão a uniformidade como um todo. A restrição da visibilidade pelo ângulo limite da reflexão total requer, portanto, um comprimento de tal ordem da vara condutora de luz que para a uniformidade desejada da mistura, o número suficiente de ima- gens especulares estão situadas no campo visual. A representação no desenho pode no canto servir como ponto de apoio, sendo que em uma direção 7, na outra direção 9, podem se reconhecer imagens especulares com original. Mediante inclusão do ângulo limite de cerca de 42° pode-se partir do pressuposto de que uma vara condutora de luz 2, que é de 8 a 10 vezes mais extensa como sua face de entrada 3, fornece resultados de separação de mistura muito bons. No uso de LED FullColor normalmente comercializados para indicações de vídeo de imagens grandes são apenas cerca de 20mm de comprimento de vara condutora de luz.

[037] Como também o original, cada imagem especular irradiaum feixe completo de raios luminosos dentro da área angular até cerca de 42°, portanto, também até aquele ponto da saída da luz. Os feixes de luz se diferenciam apenas com a intensidade e frequentemente também na sua cor, na dependência da sua direção de irradiação. Na presença de imagens especulares em número suficiente surgirá, portanto, uma iluminação extraordinariamente uniforme da saída da luz pela soma dos feixes de raio de luz de cada cor e de cada direção de uma imagem especular e da claridade independente da direção dos cristais LED. Mesmo as diferenças da posição dos cristais LED dentro da fonte de luz se compensam reciprocamente porque uma imagem especular na média está mais próxima, e a próxima imagem especular está mais distante, o que, no efeito global, praticamente se neutraliza. Por um comprimento maior da vara condutora de luz, a qualidade da mistura, devido ao aumento do número de imagens especulares, poderá ser adicionalmente aprimorada.

[038] A Fig. 1 que não somente a visão global das imagens especulares, desperta a impressão de uma distribuição uniforme, porém, cada cor isoladamente está distribuído de forma relativamente uniforme e regular dentro da visão global, como mostram as três vistas se- paradas de acordo com R, G, B. imediatamente antes da saída da luz da vara condutora de luz 2 reina, portanto, uma distribuição clara e uniforme da luz na cor misturada, dentro do ângulo limite de cerca de 42°.

[039] A visualização por dentro da saída da luz 4 para o campodas imagens especulares é realmente a soma das visualizações em todas as direções possíveis para a mesma fonte de luz 1, com o que surge uma impressão global média de cor e de claridade, o que equivale perfeitamente a uma mistura física de todos os raios luminosos, eventualmente por difusão.

[040] Todos os raios luminosos que penetraram na vara condutora de luz abandonam novamente a saída de luz de idêntica dimensão e no mesmo ângulo. Assim sendo, apesar de perdas de faces limite bem como na condução luminosas fisicamente quase inevitáveis, a mistura das cores e da claridade se processa sem perdas, e, portanto, a eficiência de um enfeixamento subsequente é essencialmente elevado de modo inalterado.

[041] Fica evidenciado que tais campos de imagens especularescom formas geométricas da vara condutora de luz são formadas que podem preencher um plano sem vãos e de modo uniforme, ou seja, representando um triângulo de faces idênticas, retângulo e quadrado, bem como um hexágono regular, como mostrado na Fig. 2. Essas seções transversais de varas condutoras geram sempre uma face sem vãos e sem superposições de imagens especulares com uma distribuição regular de retícula, desde que as faces especulares também sejam adjacentes em arestas agudas. A mistura das cores e as claridades é produzida conforme acima misturado nem pelos processos de mistura nem pelo efeito difusor, porém, através de uma disposição virtual regular de fontes de luz de construção idêntica com imagens especulares da mesma fonte de luz que transmitem a sua luz para a saí- da da luz. A possibilidade da focalização permanece também preservada em toda sua plenitude porque a seção transversal de entrada e de saída da vara condutora de luz pode ser de idêntica dimensão. E como a posição de cristal na sua ação na média é compensada amplamente, também a dependência dos resultados da mistura correlata é extremamente reduzida.

[042] A mistura uniforme isoladamente não constitui único critériopara a conformação óptica, porque também precisa ser levado em conta a direção de irradiação dos raios luminosos após a saída da luz. No caso de uma disposição regular de imagens especulares discretas dos cristais LED, também são emitidos raios luminosos nas direções discretas pertencentes, em contrário a saída da fonte de luz não mais representam, portanto, um feixe de luz homogêneo divergente. Sem uma óptica precedente, a luz irradiada geraria um padrão de pontos luminosos claros, porque cada imagem especular do LED produz o seu próprio feixe de luz pela saída de luz na respectiva direção de irradiação. Este efeito é uma sequência do método de mistura presente. No caso de uma mistura real de todos os raios luminosos o feixe de luz seria da mesma forma homogênea como também na saída da pró-pria fonte de luz.

[043] A Fig. 3 apresenta esta circunstância de uma forma simplificada para a luz de um cristal LED R, sendo que por motivos de visibilidade são apresentados apenas raios de luminosidade axial R, Ra, Rb, Rc,..., sempre representando um feixe de irradiação de luz estreito. A luz refletida das imagens especulares pela saída de luz 4 forma um conjunto de feixes individuais estreitos. Isto é representado para o ponto central F da saída de luz, bem como para um ponto P lateral aleatório da saída de luz, para o qual a direção da irradiação dos feixes de luz estreitos se modifica apenas em reduzida extensão.

[044] Se após a vara condutora da luz 2 for posicionada uma len te convergente 5 de tal modo que a saída da luz 4 se encontre precisamente no seu foco F, então os feixes de raios luminosos divergentes e presentes em cada ponto P da saída de luz 4, seriam enfeixados pela lente convergente na direção p, correspondente a este ponto P, pelo chamado ponto central H da lente convergente 5. Os feixes de raio de luz que atravessam o ponto central da saída de luz F serão axialmente alinhados em sentido paralelo. Os feixes dos pontos laterais correlatos da saída da luz serão direcionadas em paralelo para com as direções p correspondentes. A saída da luz 4 será, portanto, de acordo com as leis ópticas, projetada para o infinito, sendo que cada ponto P da saída da luz 4 se reflete em uma determinada direção p determinada de acordo com as leis ópticas independente da direção que apresentam os diferentes raios luminosos que abandonam este ponto. A distribuição da luz desta disposição óptica é, portanto, uma área de claridade uniforme, de cor idêntica, em posição invertida, na forma da saída de luz 4.

[045] Esta distribuição de luz poderá ser adicionalmente adequada as exigências por geometrias de ação óptica ou estrutura difusoras na área da lente convergente 5. É evidente que a saída da luz deve ter já um formato favorável para a distribuição adicional de luz desejada inclusive difusão. Por exemplo, a distribuição por ser difundida por meios de nervuras no came 7 na face de saída 6 da lente coletora 5 na largura. A claridade inicialmente uniforme será assim - relativamente a uma distribuição de claridade desejada - modificada e alargada sem prejudicar a cor misturada.

[046] Em outra conformação da invenção, a vara condutora deluz 2 também pode se alargar conicamente. Como é conhecido, desta maneira a luz será enfeixada na barra condutora de luz, sendo que o plano oblíquo de cada raio de luz será reduzido para o eixo a cada reflexão total na parede pelo valor duplo do ângulo cônico ali reinante. No caso de uma seção transversal retangular, poderá ser feito um en- feixamento em direção horizontal, vertical ou em todas as direções. A saída da luz 4 aumenta, portanto, de modo correspondente diante da face de entrada 3. Observando-se agora através desta unidade na vara condutora deluz, em seu interior, então a disposição em forma reticulada das imagens especulares se curvam em uma ou nas duas direções no sentido de afastamento do observador. No caso, a redução dos ângulos de irradiação de luz resultam em uma redução do número de imagens especulares eficazes, o que pode ser compensado um prolongamento adequado da vara condutora de luz 2. A própria mistura funciona, todavia, da mesma maneira como antes. O aumento da saída de luz 4 possui uma redução de alíquota da densidade luminosa, portanto, tem como consequência um maior enfeixamento de saída da luz.

[047] As versões esboçadas de seções transversais de varascondutoras de luz apresentam o mesmo princípio de funcionamento. Mas podem também ser usados outras seções transversais aleatórias, também com faces limitadoras curvas. As diferentes imagens especulares se transformam depois para formas de figuras distorcidas que frequentemente não mais pode ser reconhecidas como imagens especulares e a mistura somente poderá ser vista na integra através de imagens especulares diferenciadas, verificando-se superposições ou vãos nas imagens especulares. A mistura, portanto, é geralmente nitidamente pior e no modo de funcionamento completamente impossível de ser visualizada. O necessário comprimento de uma vara condutora de luz deste tipo poderá depois somente ser determinada através de uma simulação ou ensaio.

[048] Uma mistura muito deficiente apresenta, no caso, uma seção transversal em formato circular, já que um raio de luz que atravessa o centro, após cada reflexão atravessa somente o centro e um raio de luz que passa ao longo do centro será refletido sempre ao redor do círculo. Um aprimoramento dependerá, portanto, do efeito difusor adicional por meio de tolerâncias da geometria da aspereza de superfície, de irregularidades no material ou em uma curvatura da vara condutora de luz. Recomenda-se, portanto, onde sempre for possível, selecionar polígonos com a seção transversal de acordo com a invenção, para não ficar exposto aos efeitos difusores caracterizados por perdas. Nessas seções transversais e outras, não circulares, como raio deve ser estabelecido o raio equivalente. Este raio equivalente é aquele raio que apresenta um círculo de uma face transversal idêntica da seção transversal observada.

[049] Em outra conformação da invenção, a saída da luz 4 podeestar presente apenas de maneira virtual, sendo que a lente convergente 5 segue-se diretamente e de forma inteiriça a vara condutora de luz 2. Assim sendo, a luz não mais precisará sair do condutor de luz e tornar a entrar na lente convergente, porém, poderá continuar sem perdas de áreas limites até que abandone a lente convergente. Esta forma de construção é muito compacta e eficiente.

[050] Outra modalidade se refere ao uso de geometrias optica-mente atuantes na área da lente coletora. Se, por exemplo, a face de saída da lente coletora estiver sobreposta por uma estrutura, então a imagem luminosa por esta estrutura será modificada, difundida. Mas, também é possível entre a saída de luz virtual e a face de saída da lente convergente, direcionar, eventualmente através de faces de reflexão total, uma parcela da luz para outras zonas que normalmente permanecem escuras. A geometria da seção transversal do condutor de luz a ser selecionada de tal maneira que juntamente com medidas simples condutoras da luz, seja lograda precisamente a distribuição de luz desejada, pode ser solucionada especialmente através de uma simulação computadorizada.

[051] A Fig. 4 apresenta uma óptica com as conformações mencionadas diante de uma fonte de luz LED de FullColor. A vara condutora de luz 2 alarga-se conicamente em direção horizontal, sendo que em sentido vertical é mantido em nível constante. A posição da saída da luz 4 será determinada pela extremidade inferior e superior da vara condutora de luz 2. A saída da luz 4 é apenas presente de maneira virtual porque o material estende-se mais adiante até a tampa de saída 6 da lente convergente 5 cujo foco está situado na saída da luz 4 virtual. Em sequência a vara condutora luz 2, na superfície está aplicada uma face 8 inclinada que gera uma imagem especular da saída de luz virtual diretamente acima em posição limítrofe, e da mesma maneira serão continuadas as faces laterais da vara condutora de luz, sendo que também estas geram uma imagem especular limítrofe da saída de luz virtual. A projeção da saída de luz 4 pela lente convergente 5 para o infinito inverte as direções e, portanto, ela aponta lateralmente e abaixo do retângulo projetado ainda faces luminosas 9, 9a que se estendem adicionalmente e que são formadas pelo reflexo da saída nas faces 8 e 8a, razão porque aqui no somatório surge uma distribuição de luz essencialmente triangular. As faces 9, 9a refletidas estão, portanto apenas dispostas parcialmente e também apresentam um gradiente de claridade porque apenas uma parte dos raios luminosos pode alcançara da saída de luz 4, através da limitação angular, cerca de 42° das faces reflexivas 8, 8a. Uma grande perda dessas faces especulares limítrofes é a convergência sem costura na distribuição da luz entre a imagem da saída da luz e das faces 9, 9a especulares. A tampa 6 da lente convergente 5 podem estar superposta por uma estrutura difusora 7 a qual, ao todo, produz um ligeiro efeito difusor e, portanto, não apenas uma uniformização da distribuição de luz, mais também um percurso nas bordas na distribuição luminosa.

[052] A seleção da melhor possível seção transversal e a dispo- sição dos cristais LED na própria fonte de luz é uma questão das condições marginais e da distribuição de luz necessária, bem como da formação das ópticas.

[053] Uma seção transversal livremente fixada pode ter a sua confirmação especialmente na forma da sua geometria de saída, onde, juntamente com a lente convergente 5, é exigida uma distribuição luminosa especial. Assim sendo, é eventualmente, possível, conforme mostrado na Fig. 5, selecionar para a seção transversal do condutor luminoso, um formato cruzado ou em forma de seta ou outro símbolo aleatório, o qual será depois projetado pela lente convergente 5 para uma tela ou para o infinito, sendo que isto ocorre com claridade uniforme e cor padronizada e alterável de modo aleatório. Contrário a uma solução com uma máscara de cobertura, a geração direta do símbolo luminoso é sem perdas e correspondentemente de intensidade luminosa.

[054] No caso de uma seção transversal condutora de luz, deconformação aleatória, também deve-se examinar se a mistura dos cristais LED no centro, comparado com cristais nas áreas marginais, se verifica de modo diferenciado satisfatório. Eventualmente terá de ser previsto uma vara condutora de luz 2 mais longa.

[055] Ao invés de LEDs de FullColor ou Multi-LED também podem ser usados LEDS individuais pequenos, eventualmente os chamados Chip-LED em uma disposição adensada. No caso, podem ser combinadas cores individuais aleatoriamente. Também é possível a utilização de cores idênticas a fim de aumentar a claridade geral, mas também para montar uma fonte luminosa redundante com vários cristais, eventualmente para tarefas de segurança. No caso de falha de um LED ou reversão para o outro, não se pode reconhecer uma modificação da distribuição da luz ou na imagem apresentada. Todavia, em caso de necessidade, também a cor pode ser trocada de acordo com o que for desejado.

[056] A fonte luminosa da óptica pode naturalmente também serequipada apenas com um único cristal LED. Desta maneira, também para uma cor individualizada, será gerada a mesma distribuição de luz com custos menores, porque frequentemente painéis de indicação de cores integrais apresentam, em posição limítrofe regiões monocromáticas, eventualmente para texto adicional.

[057] No caso dos LEDs brancos frequentemente apresenta-se afalha de que no centro é refletido uma luz azulada do cristal LED azul na direção da margem, todavia, luz amarelada da massa de conversão a óptica de acordo com a invenção também mistura completamente estas diferenças de cores resultantes pela construção do LED, porque a face luminosa heterogênea da luz LED branca sempre poderá ser considerada como um conjunto global de vários cristais LED com cores e claridades diferenciadas.

[058] A presente invenção, também, pode ser empregada em outros empregos aleatórios, por exemplo, podem ser empregadas ópticas em uma disposição adensada como refletores para palco com trocadores de calor, ou podem ser usados como SpotLight na área da iluminação geral ou de efeitos, mas também como lanternas de bolso ou como sinalizadores. Para tanto, a óptica pode ser aleatoriamente graduada, de maneira que podem ser empregados LEDS de potência forte que também podem ser obtidos com vários cristais LED em um alojamento conjunto ou na construção de Chip-on-Board com uma face de saída plana.

Claims (13)

1. Óptica convergente misturadora de cores e de luz, caracterizada pelo fato de que compreende:uma fonte de luz LED (1) contendo uma pluralidade de cristais LED (R, G, B) que emitem diferentes cores,em que a fonte de luz LED (1) tem uma face de saída de luz;uma vara condutora de luz (2) tendo uma face de entrada de luz (3) e uma face de saída de luz; em quea vara condutora da luz (2) se estende perpendicularmente para com a face de entrada (3) de luz; ea vara condutora de luz (2) possui uma área de seção transversal que é constante ou que aumenta gradativamente ao longo da vara condutora de luz (2) a partir da face de entrada de luz (3); ea face de entrada de luz (3) da vara condutora de luz (2) está disposta diante da face de saída de luz da fonte de luz LED (1) de modo a captar a luz de cada cristal LED, ea saída da luz (4) da vara condutora de luz (2) se encontra na área do foco (F) da lente coletora (5).

2. Óptica convergente de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado pelo fato de que, a vara condutora de luz (2) apresenta um comprimento que é um múltiplo do diâmetro da face de entrada (3).

3. Óptica convergente de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizada pelo fato de que a fonte de luz (1) é um LED FullColor ou Multi-LED com um número de cristais e/ou cores em um alojamento conjunto.

4. Óptica convergente de acordo com a reivindicação 3, ca-racterizada pelo fato de que a fonte luminosa (1) é um LED FullColor ou Multi-LED com três cristais nas cores básicas vermelho, verde e azul.

5. Óptica convergente de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizada pelo fato de que a fonte de luz (1) é constituída de uma pluralidade LEDs em uma disposição adensada, cada um da pluralidade de LEDs com cristais individuais, e cada um da pluralidade de LEDs tendo a mesma direção de irradiação.

6. Óptica convergente de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizada pelo fato de que a fonte de luz (1) é constituída de vários cristais em uma placa de circuito comum na técnica Chip-on-Board.

7. Óptica convergente de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizada pelo fato de que a pluralidade de cristais LED são alimentados por fontes de alimentação eletricamente isoladas de modo que em uma perda de energia em um cristal LED, pelo menos um outro cristal LED continua aceso.

8. Óptica convergente de acordo com a reivindicação 7, ca-racterizada pelo fato de que a perda de energia em um cristal LED resulta em uma mudança de cor detectável na emissão do sistema de óptica convergente.

9. Óptica convergente de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizada pelo fato de que a face de saída de luz da fonte de luz LED (1) é adjacente à face de entrada de luz (3) da vara condutora de luz (2).

10. Óptica convergente de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a face da vara condutora de luz (2) compreende uma superfície de revestimento formada de planos que são adjacentes entre si em arestas agudas e, portanto, cada seção transversal apresenta a forma de um polígono.

11. Óptica convergente de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que cada seção transversal da vara condutora de luz (2) define um dentre um triângulo equilátero, um hexágono regular, um quadro e um retângulo.

12. Óptica convergente de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a seção transversal da vara condutora de luz (2) define um polígono que se permanece constante no seu comprimento ou se alarga gradativamente ao longo do comprimento da vara condutora de luz (2).

13. Óptica convergente de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a óptica convergente é configurada para funcionar como pixel de cores integrais em painéis indicadores reprodutores de imagens, para luzes Spot ou de sinalização.

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