ES1138541U - Virtual focus (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
SECTOR DE LA TÉCNICA SECTOR OF THE TECHNIQUE
5 La presente invención pertenece al campo de las ayudas a la navegación, y es de aplicación directa a la navegación marítima. El objeto de la presente invención es un foco virtual que constituye un nuevo sistema luminoso basado en una fuente de luz virtual para todo tipo de ópticas en faros o balizas. The present invention belongs to the field of navigation aids, and is directly applicable to maritime navigation. The object of the present invention is a virtual focus that constitutes a new light system based on a virtual light source for all types of optics in headlights or beacons.
El sistema óptico utilizado hasta el momento en faros es la disposición de lentes de Fresnel formando una lente de horizonte simétrica, o bien varias lentes formando un poliedro regular. En ambos casos existe un solo punto común llamado foco del sistema The optical system used so far in headlights is the arrangement of Fresnel lenses forming a symmetrical horizon lens, or several lenses forming a regular polyhedron. In both cases there is only one common point called system focus
15 en el cual se sitúa la fuente luminosa para producir la colimación del haz e incrementar así su intensidad luminosa y por tanto obtener los alcances luminosos necesarios. Las fuentes luminosas tradicionales como las lámparas incandescentes, halógenas y de descarga, se sitúan en el foco del sistema para producir diferentes haces de luz de en función del tipo de lente instalada. 15 in which the light source is located to produce the collimation of the beam and thus increase its light intensity and therefore obtain the necessary light ranges. Traditional light sources such as incandescent, halogen and discharge lamps are placed in the focus of the system to produce different light beams depending on the type of lens installed.
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Actualmente, con un solo diodo LED no se puede emitir luz con un ángulo sólido de 4π sr, es decir, que no se puede generar una emisión esférica –medida en estéreo radianes At the moment, with a single LED diode it is not possible to emit light with a solid angle of 4π sr, that is, that a spherical emission cannot be generated - measured in stereo radians
25 (sr)-como ocurre con las lámparas, sino que emiten su flujo luminoso únicamente y como máximo en un ángulo sólido de 2π sr, siendo además esta emisión de tipo lambertiano. La colocación de varios diodos LEDs en el foco del sistema para cubrir los 360 grados de horizonte hace que, por motivos constructivos, la fuente luminosa esté fuera de foco, y por tanto, el rendimiento luminoso del sistema disminuye exponencialmente según nos 25 (sr) - as is the case with lamps, but they emit their luminous flux only and at a maximum at a solid angle of 2π sr, this being also a Lambertian type emission. The placement of several LEDs in the focus of the system to cover the 360 degree horizon makes, for constructive reasons, the light source is out of focus, and therefore, the system's light output decreases exponentially as we
30 alejamos del foco teórico. Además, la gestión térmica de las fuentes luminosas LED hace que deban incorporarse grandes disipadores que también dificultan la puesta en foco de los diodos. Las grandes lentes de vidrio existentes en la mayoría de faros históricos no son susceptibles de ser modificadas ni de variar su posición para adaptarse a esta 30 away from the theoretical focus. In addition, the thermal management of LED light sources means that large heatsinks must be incorporated that also make it difficult to focus the diodes. The large glass lenses that exist in most historic lighthouses are not likely to be modified or vary their position to adapt to this
35 distribución luminosa de la fuente led. En la actualidad, existen sistemas luminosos que intentan concentrar distintos LEDs en 2 35 light distribution of the led source. At present, there are luminous systems that try to concentrate different LEDs in 2
un eje cilíndrico para cubrir los 360 grados de horizonte, pero dado que la fuente luminosa se encuentra fuera de foco, los resultados no son óptimos. Este problema implica que la utilización de diodos led como fuentes luminosas en balizas y faros de largo alcance no pueda alcanzar su grado óptimo de rendimiento, pues la a cylindrical axis to cover the 360 degree horizon, but since the light source is out of focus, the results are not optimal. This problem implies that the use of LEDs as light sources in beacons and long-range headlights cannot reach its optimum degree of performance, since the
5 fuente luminosa no se encuentra centrada en el foco de la lente, y por tanto está desenfocada. El sistema de la invención se basa en la producción de una fuente de luz virtual de forma que se reproduzca un punto luminoso de luz producida por diodos led o un dispositivo laser exactamente en el punto focal del sistema óptico, pero sin tener físicamente en ese 5 light source is not centered on the focus of the lens, and is therefore out of focus. The system of the invention is based on the production of a virtual light source so that a luminous point of light produced by LEDs or a laser device is reproduced exactly at the focal point of the optical system, but without physically having in that
10 punto los elementos que emiten dicha luz. La producción de esta fuente puntual se realiza mediante la utilización de una superficie de revolución correspondiente a la revolución de una curva cónica, como un hiperboloide de revolución, es decir, de una superficie reflectante formada por la revolución respecto a su eje de simetría de una curva cónica que en el caso de un hiperboloide es un hipérbola. 10 point the elements that emit such light. The production of this point source is done by using a surface of revolution corresponding to the revolution of a conical curve, such as a hyperboloid of revolution, that is, of a reflective surface formed by the revolution with respect to its axis of symmetry of a conical curve that in the case of a hyperboloid is a hyperbola.
15 En la figura 1 se ilustra una hipérbola. A continuación se expone la propiedad geométrica de la hipérbola. Se considera una hipérbola y un punto P de ella. Se traza la recta tangente a la hipérbola en el punto P. Se trazan las rectas que unen a un punto P con cada uno de los focos F1 y F2 de la hipérbola. 15 Figure 1 illustrates a hyperbola. The geometric property of the hyperbola is presented below. It is considered a hyperbola and a P point of it. The line tangent to the hyperbola is drawn at point P. The lines that connect to a point P are drawn with each of the foci F1 and F2 of the hyperbola.
20 Entonces, la tangente en P forma ángulos iguales con las rectas F1P y F2P. Es decir α=β. Se gira ahora la hipérbola en torno a su eje de simetría; de esta manera se obtiene una superficie de revolución llamada hiperboloide. Conforme se ha ilustrado, cualquier rayo de luz que pase por F1 e incida en la superficie 20 Then, the tangent at P forms equal angles with the straight lines F1P and F2P. That is α = β. The hyperbola is now turned around its axis of symmetry; in this way a surface of revolution called hyperboloid is obtained. As illustrated, any ray of light that passes through F1 and affects the surface
25 del hiperboloide, será reflejado de forma que su dirección será como si partiera del foco F2. Según lo expuesto, la característica forma de este hiperboloide espejado, asegura que una fuente de luz situada en uno de sus focos, produciría una imagen virtual en el segundo foco. La distancia entre los focos, excentricidad de la curva o las asíntotas de la 25 of the hyperboloid, will be reflected so that its address will be as if it were from focus F2. As explained above, the characteristic shape of this mirrored hyperboloid ensures that a light source located in one of its foci would produce a virtual image in the second focus. The distance between the foci, eccentricity of the curve or the asymptotes of the
30 misma vienen determinadas por la característica de la lente del faro donde va a ser situada la fuente de luz. Para poder obtener un rendimiento adecuado del sistema, se realiza la proyección de la imagen de un diodo LED de alta potencia o de un laser con ángulo de emisión 2π sr sobre la superficie reflectante mediante la utilización de condensadores que realicen una 30 are determined by the characteristic of the lens of the headlamp where the light source is to be located. In order to obtain adequate system performance, the projection of the image of a high-power LED or a laser with an emission angle of 2π sr on the reflective surface is performed by using capacitors that perform a
35 adecuada colimación del haz de luz del diodo LED o laser. Todo este sistema se diseña mecánicamente de forma que resulte un elemento 3 35 suitable collimation of the light beam of the LED or laser diode. This entire system is mechanically designed so that it is an element 3
compacto, con una envolvente adecuada y que pueda instalarse en cualquier faro de forma que pueda sustituir a la anterior lámpara. La resultante de la invención es un punto de luz virtual situado exactamente en el foco del sistema Fresnel de la lente del faro, y cuyas características: ángulo de emisión del flujo compact, with a suitable envelope and that can be installed in any headlamp so that it can replace the previous lamp. The result of the invention is a virtual light spot located exactly at the focus of the Fresnel system of the headlight lens, and whose characteristics: angle of flow emission
5 luminoso, tamaño y posición, vendrán dadas por la excentricidad y posición de la curva hiperbólica necesaria para cada aplicación. La complejidad dimensional del sistema de producción de luz LED o laser no afectará a la posición del foco virtual obtenido, y se puede emplear cualquier emisor led o laser por complejo que sea, sin que por ello se vea modificada la posición del punto virtual de 5 luminous, size and position, will be given by the eccentricity and position of the hyperbolic curve necessary for each application. The dimensional complexity of the LED or laser light production system will not affect the position of the virtual focus obtained, and any LED or laser emitter may be used, however complex, without changing the position of the virtual point of
10 emisión de luz. Lo anteriormente expuesto representa una enorme ventaja en el proceso de modernización del sistema de señalización marítima existente en la actualidad. El proceso de modernización de las fuentes de luz mediante el sistema de la invención no implicará ninguna modificación del sistema de lentes Fresnel de vidrio. Simplemente se 10 light emission. The foregoing represents a huge advantage in the process of modernization of the existing maritime signaling system. The process of modernization of the light sources by means of the system of the invention will not imply any modification of the Fresnel glass lens system. Just be
15 realizará una sustitución de lámpara, se eliminará la antigua y se pondrá en foco el nuevo y compacto sistema basado en esta invención. De este modo, al tener posicionada la fuente de luz en el foco del sistema óptico, el rendimiento de este se verá incrementado significativamente respecto a los sistemas actualmente existentes en el mercado. 15 will make a lamp replacement, the old one will be removed and the new and compact system based on this invention will be put into focus. Thus, having the light source positioned in the focus of the optical system, the performance of this will be significantly increased compared to the systems currently in the market.
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Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the features of the invention, it is accompanied as part
25 integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: Figura 1. Representa una hipérbola donde se ilustra la propiedad geométrica de la hipérbola. Figura 2. Representa una vista seccionada lateral del sistema con una representación de As part of this description, a set of drawings in which, with an illustrative and non-limiting nature, the following has been represented: Figure 1. Represents a hyperbola illustrating the geometric property of the hyperbola. Figure 2. Represents a sectioned side view of the system with a representation of
30 trazado de rayos con un espejo hiperbólico. Figura 3. Representa una vista seccionada lateral del sistema con una representación de trazado de rayos con un espejo parabólico. Figura 4. Representa una vista seccionada lateral del sistema con una representación de trazado de rayos con un espejo elipsoidal. 30 ray tracing with a hyperbolic mirror. Figure 3. Represents a sectioned side view of the system with a plot of ray tracing with a parabolic mirror. Figure 4. Represents a sectioned side view of the system with a representation of ray tracing with an ellipsoidal mirror.
35 Figura 5. Representa una vista en perspectiva del sistema con una representación de trazado de rayos. 4 35 Figure 5. Represents a perspective view of the system with a ray plot representation. 4
Figura 6. Representa una vista lateral de un montaje del sistema. Figura 7 Representa una vista en perspectiva de un montaje del sistema. Figure 6. Represents a side view of a system assembly. Figure 7 Represents a perspective view of a system assembly.
5 El sistema de la invención comprende los siguientes elementos: The system of the invention comprises the following elements:
• Un sistema de emisión de luz LED o laser que comprende un soporte mecánico al que se acopla un sistema de refrigeración dimensionado en función de la potencia empleada y donde se sitúa el diodo LED o dispositivo laser. • An LED or laser light emission system comprising a mechanical support to which a cooling system sized according to the power used and where the LED or laser device is located is attached.
10 • Un sistema condensador que recoge el flujo luminoso emitido por el LED o laser y realizando una colimación, proyecta el haz de luz sobre el sistema reflector. 10 • A condensing system that collects the luminous flux emitted by the LED or laser and performing a collimation, projects the beam of light on the reflector system.
- • •
- Un espejo reflector construido por la revolución de una curva denominada “cónica” que produce una imagen virtual de la fuente de luz proyectada sobre ella. A reflector mirror constructed by the revolution of a curve called "conical" that produces a virtual image of the source of light projected on it.
- • •
- Una envolvente que proporciona sujeción mecánica a todo el sistema y a su vez An envelope that provides mechanical support to the entire system and in turn
15 protege el mismo de los ambientes agresivos del ambiente marino. Dicha envolvente incluye un vidrio de protección cuyas caras son plano-paralelas para que la luz que sale del sistema no sufra ningún tipo de desviación. 15 protects it from aggressive environments of the marine environment. Said envelope includes a protective glass whose faces are plane-parallel so that the light that leaves the system does not suffer any deviation.
La utilización del sistema de la invención introduce un nuevo concepto en la gestión de sistemas de ayudas a la navegación. Al introducir una lámpara LED o laser en faros de 20 largo alcance, se obtienen todas las ventajas de los leds o laser frente a los sistemas empleados hasta ahora: The use of the system of the invention introduces a new concept in the management of navigation aid systems. By introducing an LED or laser lamp in 20-way headlamps, you get all the advantages of the LEDs or lasers compared to the systems used so far:
• El sistema de la invención evita que se produzca el efecto lupa de la lente del faro sobre la lámpara, ya que la luz no incide directamente sobre el led sino que lo hace en el espejo produciéndose una dispersión que evita que el led se • The system of the invention prevents the magnifying effect of the headlight lens from occurring on the lamp, since the light does not directly affect the LED but does so on the mirror producing a dispersion that prevents the LED from
25 deteriore, por lo que se evita tener que incorporar elementos mecánicos de ocultación de la fuente de luz durante el día para evitar que se quemen los diodos LED o dispositivo laser. 25 deteriorate, so avoiding having to incorporate mechanical elements to hide the light source during the day to avoid burning of the LEDs or laser device.
• Menor consumo. Se eliminan sistemas auxiliares como grupos electrógenos y grandes baterías necesarios para mantener la disponibilidad de la señal. • Lower consumption. Auxiliary systems such as generator sets and large batteries necessary to maintain signal availability are eliminated.
30 • Mayor duración. Una lámpara led puede durar en servicio más de 22 años sin necesidad de ser sustituida y sin variar sus características luminosas, lo que implica un considerable ahorro en repuestos y en acciones de mantenimiento. 30 • Longer duration. A led lamp can last more than 22 years in service without having to be replaced and without changing its luminous characteristics, which implies a considerable saving in spare parts and maintenance actions.
• Mayor resistencia. Al ser un sistema de emisión de estado sólido, es • Greater resistance. Being a solid state emission system, it is
completamente estable frente a vibraciones 35 • Mayor estabilidad. Los sistemas de emisión led mantienen constantes sus completely stable against vibrations 35 • Greater stability. The LED emission systems keep their
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características luminosas en el tiempo al contrario de lo que ocurre con las luminous characteristics over time contrary to what happens with the
tradicionales lámparas halógenas o de descarga. Conforme se ha descrito, una realización básica de la invención se refiere un foco virtual que comprende: Traditional halogen or discharge lamps. As described, a basic embodiment of the invention refers to a virtual focus comprising:
5 1a) una fuente luminosa (1) configurada para emitir una radiación luminosa generada (10); 5 1a) a light source (1) configured to emit a generated light radiation (10);
1b) un espejo (2) configurado para reflejar una radiación luminosa incidente (11) proveniente de la fuente luminosa (1) y generar una radiación luminosa reflejada (12); 1b) a mirror (2) configured to reflect an incident light radiation (11) from the light source (1) and generate a reflected light radiation (12);
10 En el foco virtual de la invención: 1c) la fuente luminosa (1) y el espejo (2) están alineados según un eje de revolución común a la fuente luminosa (1) y el espejo (2). Conforme a otras características de la invención: In the virtual focus of the invention: 1c) the light source (1) and the mirror (2) are aligned along an axis of revolution common to the light source (1) and the mirror (2). According to other features of the invention:
2. El foco virtual puede comprender: 2. The virtual focus can include:
15 2a) un colimador (3) entre la fuente luminosa (1) y el espejo (2), configurado para colimar la radiación luminosa generada (10) proveniente de la fuente luminosa (1) y generar una radiación luminosa incidente (11). 15 2a) a collimator (3) between the light source (1) and the mirror (2), configured to collimate the generated light radiation (10) from the light source (1) and generate an incident light radiation (11).
3. El espejo (2) puede tener una forma de una superficie generada por una revolución de 3. The mirror (2) can have a surface shape generated by a revolution of
una curva cónica respecto a un eje de simetría de la curva cónica. Las curvas cónicas 20 son las que resultan de la intersección de un plano con un cono circular recto. a conical curve with respect to an axis of symmetry of the conical curve. The conical curves 20 are those that result from the intersection of a plane with a straight circular cone.
- 4. Four.
- El espejo (2) puede tener una forma seleccionada entre hiperbólica, parabólica y elipsoidal. The mirror (2) can have a shape selected from hyperbolic, parabolic and ellipsoidal.
- 5. 5.
- El espejo (2) puede estar configurado para generar una radiación luminosa reflejada The mirror (2) can be configured to generate a reflected light radiation
(12) divergente. (12) divergent.
25 6. El elemento luminoso puede ser un dispositivo seleccionado entre un led, un oled y un dispositivo láser. 25 6. The light element can be a device selected from a led, an oled and a laser device.
7. El foco virtual puede comprender una pantalla de protección (4) que tiene caras planoparalelas para evitar cualquier desviación en la radiación luminosa reflejada (12). 7. The virtual focus may comprise a protection screen (4) that has parallel flat faces to avoid any deviation in the reflected light radiation (12).
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Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| ES201530357U ES1138541Y (en) | 2015-03-27 | 2015-03-27 | VIRTUAL FOCUS |
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| Publication Number | Publication Date |
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| ES1138541U true ES1138541U (en) | 2015-04-17 |
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Family Applications (1)
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| ES201530357U Active ES1138541Y (en) | 2015-03-27 | 2015-03-27 | VIRTUAL FOCUS |
Country Status (1)
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|---|---|
| ES (1) | ES1138541Y (en) |
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2015
- 2015-03-27 ES ES201530357U patent/ES1138541Y/en active Active
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| ES1138541Y (en) | 2015-07-08 |
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