ES2278955T3 - Modulo de haz luminoso concentrado de optica variable. - Google Patents

Modulo de haz luminoso concentrado de optica variable. Download PDF

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Abstract

Módulo de haz luminoso concentrado que presenta una salida de luz seleccionable, comprendiendo el módulo de haz luminoso concentrado: un sustrato (14, 34, 112, 142, 152); una pluralidad de fuentes ópticas (114A, 114B, 114C, 114D) dispuestas sobre el sustrato (14, 34, 112, 142, 152), comprendiendo cada fuente óptica (114A, 114B, 114C, 114D): por lo menos un diodo emisor de luz (116A, 116B, 116C, 116D, 146A, 146B, 146C, 146D, 156A, 156B), y por lo menos un elemento óptico (18, 38) en comunicación operativa con por lo menos un diodo emisor de luz (116A, 116B, 116C, 116D, 146A, 146B, 146C, 146D, 156A, 156B); y un aparato de zoom que soporta los elementos ópticos (18, 38) de las fuentes ópticas (114A, 114B, 114C, 114D), caracterizado porque el aparato de zoom comprende anillos interiores y exteriores interconectados de manera deslizable (42, 44), estando conectado uno de los anillos (42, 44) con por lo menos un diodo emisor de luz (116A, 116B, 116C, 116D, 146A, 146B, 146C, 146D, 156A, 156B) y estando conectado el otro de los anillos (42, 44) con por lo menos un elemento óptico (18, 38), ajustando el deslizamiento relativo de los anillos interior y exterior interconectados de manera deslizable (42, 44) una separación axial entre dicho por lo menos un diodo emisor de luz (116A, 116B, 116C, 116D, 146A, 146B, 146C, 146D, 156A, 156B) de cada fuente óptica (114A, 114B, 114C, 114D) y su correspondiente por lo menos un elemento óptico (18, 38).

Description

Módulo de haz luminoso concentrado de óptica variable.
Antecedentes de la invención Campo de la invención
La presente invención se refiere a las técnicas de iluminación. Resulta especialmente aplicable al empaquetado de diodos emisores de luz (LED) para formar proyectores de luz concentrada, linternas u otro tipo de lámpara que reproduzca un haz colimado o parcialmente colimado, y se describirá haciendo referencia particular a la misma. No obstante, la invención puede asimismo aplicarse al empaquetado de LED, láseres semiconductores, lámparas halógenas y otros elementos emisores de luz para iluminación concentrada, iluminación extensiva y otras aplicaciones ópticas.
Exposición de la técnica relacionada
Las lámparas de luz concentrada emiten un haz colimado o parcialmente colimado (por ejemplo, un haz cónico) y se utilizan en la iluminación de habitaciones, en la iluminación mediante proyectores para teatro y otras aplicaciones. Los ejemplos de tales lámparas comprenden las lámparas de luz concentrada halógena de las series MR que incorporan una bombilla de luz halógena esencialmente omnidireccional dentro de un reflector direccional, tal como un reflector parabólico. Las lámparas de luz concentrada halógena de las series MR se encuentran comercialmente disponibles con o sin una lente frontal, y comprenden normalmente conectores eléctricos dispuestos detrás del reflector parabólico, es decir, fuera del campo del haz dirigido. El reflector, opcionalmente en cooperación con una lente frontal, efectúa la colimación de la salida de la bombilla de luz halógena para producir el haz de luz colimado o cónico. Las lámparas de luz concentrada halógena de las series MR se encuentran disponibles en una gama de tamaños, potencias, temperaturas de color y ángulos de haz. No obstante, las lámparas de luz concentrada halógena de las series MR no comprenden haces ajustables.
La linterna Maglite® es un dispositivo de la técnica anterior que presenta un haz de luz concentrada ajustable. Una bombilla de luz incandescente se encuentra dispuesta en el interior de un reflector esencialmente parabólico. Este dispositivo efectúa un ángulo de haz variable que oscila desde un haz de luz concentrada estrecho a un haz "extensivo", ancho, incluyendo un accionador giratorio para mover el reflector axialmente respecto a la bombilla incandescente. Esta disposición presenta una falta importante de uniformidad del haz cuando la fuente de luz se encuentra muy desenfocada. En condiciones de desenfoque extremas, el haz de la linterna Maglite® presentan una mancha negra en el centro del haz.
Las lámparas que utilizan uno o más LED como fuente de luz van siendo cada vez más atractivas debido a que las intensidades de salida de luz de los LED comerciales aumentan continuamente a lo largo del tiempo, gracias al diseño, a los materiales y a las mejoras en la fabricación. Convenientemente, para las aplicaciones de módulos de haz luminoso concentrado, los LED comerciales presentan normalmente un efecto de estratificación lenticular producido por el encapsulante epoxi que se utiliza normalmente para sellar el chip del LED respecto al entorno. Por lo tanto, estos LED comerciales ya son un poco direccionales, y esta direccionalidad puede mejorarse utilizando una lente externa. Además, actualmente se encuentran disponibles LED que emiten luz blanca de una calidad espectral razonablemente elevada. A pesar del continuo perfeccionamiento de las salidas de luz de los LED, actualmente, un LED individual resulta normalmente insuficientemente luminoso para la mayoría de aplicaciones de iluminación. No obstante, debido al reducido tamaño de los LED, sus limitaciones de intensidad pueden compensarse utilizando una pluralidad de LED empaquetados muy cerca unos de otros que cooperan para proporcionar luz suficiente.
La aplicación de LED a las aplicaciones de iluminación mediante punto concentrado del haz de luz, y especialmente en aplicaciones con punto concentrado del haz de luz en las cuales la lámpara basada en LED se considera como una forma de modernización para sustituir una lámpara ya existente que utiliza otra tecnología de iluminación. (por ejemplo, una modernización para sustituir una lámparas de luz concentrada halógena de las series MR) se ve complicada por la utilización de múltiples LED como fuente de luz. El tipo de distribución espacial de una serie de fuentes LED reduce de forma importante la efectividad de los reflectores parabólicos convencionales diseñados para colimar y dirigir la luz procedente de una fuente de un punto de luz, como por ejemplo una luz generada por un filamento de bombilla halógena o incandescente. Además, una lente frontal del tipo opcionalmente incluido en la lámpara de haz luminoso concentrado de la serie MR es adecuada para colimar luz procedente de una pluralidad de LED, porque la mayoría de los LED no están situados en el eje óptico de la lente. Por lo tanto, los sistemas ópticos de las lámparas de punto concentrado del haz de luz existentes, tanto con ángulo de haz variable como sin él, son relativamente ineficaces cuando se utilizan junto con fuentes de luz LED.
El documento EP 1072884 da a conocer una carcasa única que contiene un asiento de lente y otro asiento para los LED. El documento EP 1072884 da asimismo a conocer que esta disposición puede incorporar un accesorio fileteado para ajustar la separación LED/lente.
La presente invención considera una lámpara de fuente de luz perfeccionada que supera las limitaciones mencionadas anteriormente y otras limitaciones.
Breve sumario de la invención
Según una forma de realización de la presente invención, se dispone un módulo de haz luminoso concentrado que presenta una salida de luz seleccionable, comprendiendo el módulo de haz luminoso concentrado: un sustrato (14, 34, 112, 142, 152); una pluralidad de fuentes ópticas (114A, 114B, 114C, 114D) dispuestas sobre el sustrato (14, 34, 112, 142, 152), comprendiendo cada fuente óptica (114A, 114B, 114C, 114D): por lo menos un diodo emisor de luz (116A, 116B, 116C, 116D, 146A, 146B, 146C, 146D, 156A, 156B), y por lo menos un elemento óptico (18, 38) en comunicación operativa con por lo menos un diodo emisor de luz (116A, 116B, 116C, 116D, 146A, 146B, 146C, 146D, 156A, 156B); y un aparato de zoom que comprende: anillos interiores y exteriores conectados de forma deslizable (42, 44), estando conectado uno de los anillos (42, 44) con por lo menos un diodo emisor de luz (116A, 116B, 116C, 116D, 146A, 146B, 146C, 146D, 156A, 156B) y estando conectado el otro anillo (42, 44) con por lo menos uno de los elementos ópticos(18, 38), ajustando el desplazamiento relativo de los anillos interior y exterior conectados de forma deslizable (42, 44) una separación axial entre dicho por lo menos un diodo emisor de luz (116A, 116B, 116C, 116D, 146A, 146B, 146C, 146D, 156A, 156B) de cada fuente óptica (114A, 114B, 114C, 114D) y su correspondiente por lo menos un elemento óptico (18, 38).
Según otra forma de realización de la presente invención, se dispone una lámpara que comprende: un módulo LED (86) que comprende una pluralidad de LED (82); un sistema óptico que comprende una pluralidad de lentes (88) en comunicación óptica con el módulo LED (86) a lo largo de un eje óptico entre las lentes y los LED; y un aparato de zoom (90) que ajusta selectivamente la separación axial relativa entre el sistema óptico y el módulo LED (86), caracterizada porque el aparato de zoom comprende: un primer anillo (92) en el cual se encuentra dispuesto el módulo LED (86), presentando además el primer anillo (92) un fileteado (96) dispuesto sobre él; un segundo anillo (94) que presenta un segundo fileteado (98) dispuesto sobre él adaptado para cooperar con el primer fileteado (96), de modo que el primer anillo (92) y el segundo anillo (94) pueden desplazarse relativamente a manera de un atornillado, presentando además el segundo anillo (94) el sistema óptico dispuesto sobre él, y un sistema de índice que desvía relativamente el primer anillo (92) y el segundo anillo (94) dentro de una o más orientaciones rotacionales seleccionables.
Breve descripción de los dibujos
La invención puede tomar forma en diversos componentes y disposiciones de componentes, y en diversas etapas y disposiciones de etapas. Los dibujos se proporcionan únicamente a título ilustrativo de las formas de realización preferidas y no deben considerarse limitativos de la invención.
La figura 1 muestra una vista isométrica de una lámpara de punto concentrado del haz de luz con posibilidad de efectuar zoom que aplica adecuadamente una forma de realización de la invención.
La figura 2 muestra una vista esquemática en sección transversal de una lámpara de punto concentrado del haz de luz con posibilidad de efectuar zoom que aplica adecuadamente una forma de realización de la invención, con la lámpara en la forma ajustada para producir un haz extensivo de ángulo ancho.
La figura 3 muestra una vista esquemática en sección transversal de la lámpara de la figura 2, ajustada para producir un haz concentrado de ángulo estrecho.
La figura 4 muestra una vista frontal de la lámpara de la figura 2, que mira directamente al interior del haz, con líneas de trazos que indican los anillos ocultos del aparato de zoom y el mecanismo de enclavamiento.
La figura 5 muestra una vista esquemática en sección transversal de la lámpara de la figura 2 en una primera configuración de montaje.
La figura 6 muestra una vista esquemática en sección transversal de la lámpara de la figura 2 en una segunda configuración de montaje.
La figura 7 muestra una vista esquemática en sección transversal de una lámpara de punto concentrado del haz de luz con posibilidad de efectuar zoom que aplica de forma adecuada otra forma de realización de la invención, con la lámpara ajustada para producir un haz extensivo de ángulo ancho.
La figura 8A muestra una vista frontal de la lámpara de la figura 7, mirando directamente al interior del haz, con el aparato de zoom girado a la posición de referencia, designada en este documento como posición 0º, entre los primer y segundo anillos.
La figura 8B muestra una vista frontal de la lámpara de la figura 7, mirando directamente al interior del haz, con el segundo anillo girado 120º respecto a su orientación de referencia de la figura 8A.
La figura 8C muestra una vista frontal de la lámpara de la figura 7, mirando directamente al interior del haz, con el segundo anillo girado 240º respecto a su orientación de referencia de la figura 8A.
La figura 8D muestra una vista frontal de la lámpara de la figura 7, mirando directamente al interior del haz, con el segundo anillo girado ligeramente más de 240º respecto a su orientación de referencia de la figura 8A.
La figura 9 muestra una vista en perspectiva de otra lámpara o fuente de luz que aplica de forma adecuada una forma de realización de la invención.
La figura 10 muestra una vista en sección transversal de la lámpara de la figura 9 perpendicular al sustrato a lo largo de la línea L-L mostrada en la figura 9.
La figura 11 muestra una representación esquemática de la configuración eléctrica de la lámpara o fuente de luz de las figuras 9 y 10.
La figura 12 muestra una vista en perspectiva de una lámpara o fuente de luz que aplica de forma adecuada otra forma de realización de la invención.
La figura 13 muestra una vista en perspectiva de una lámpara o fuente de luz que aplica de forma adecuada otra forma más de realización de la invención.
Descripción detallada de la invención
Haciendo referencia a la figura 1, se describe una lámpara que aplica adecuadamente una forma de realización de la invención. Una lámpara o fuente de luz 10 comprende una pluralidad de diodos emisores de luz (LED) 12 dispuesto sobre una base o sustrato 14, la combinación de los cuales forma un módulo LED 16. Una pluralidad de lentes 18 se encuentran dispuestas en conjunción con los LED 12, de manera que cada LED 12 está situado en el eje óptico de una de las lentes 18. Las lentes 18 efectúan una colimación de la luz emitida por los LED 12, de manera que la salida de lámpara es un haz colimado o cónico que presenta el ángulo de divergencia deseado. Preferentemente, los LED 12 se encuentran dispuestos cerca de las lentes 18 para maximizar la luz capturada. Por esta razón, las lentes 18 deben ser de gran abertura, es decir, deben presentar un número f bajo. Estas propiedades ópticas de las lentes preferidas no se obtienen fácilmente utilizando lentes convencionales. Por consiguiente, para las lentes 18 se utilizan convenientemente lentes fresnel que presentan un comportamiento de número f muy bajo con un tamaño de lente razonable.
En la forma de realización ilustrada en la figura 1, existe una correspondencia de uno a uno entre lentes 18 y LED 12. Es decir, cada LED 12 está asociado con una sola lente 18. Esto a su vez permite que cada LED 12 esté situado en el eje óptico de su lente correspondiente 18, lo cual maximiza la eficacia óptica de la combinación. En otras palabras, el patrón espacial de las lentes 18 se corresponde con el patrón espacial de los LED 12.
Los LED 18 están dispuestos en un aparato de zoom 20 que junto con las lentes forma un sistema óptico adaptativo 22. El sistema óptico 22 es relativamente ajustable respecto al módulo LED 16 para permitir una separación de una distancia seleccionable a lo largo del eje óptico entre las lentes 18 y los LED 12.
Debido a que la lámpara 10 está destinada a aplicaciones de iluminación, los LED 12 emiten preferentemente luz a intensidades elevadas. Esto supone el accionamiento eléctrico de los LED 12 a intensidades de corriente relativamente altas, por ejemplo, tan altas como unos pocos cientos de miliamperios por LED 12. Al ser la emisión de luz de los LED muy sensible a la temperatura, el calor disipado en los LED 12 como consecuencia de las corrientes eléctricas de accionamiento es eliminado convenientemente por un disipador térmico 24 conectado térmicamente con el sustrato 14.
Haciendo referencia a las figuras 2 a 4, se describe una lámpara 30 que aplica una forma de realización de la invención en la cual el aparato de zoom funciona con un principio de deslizamiento mecánico. Los LED 32 están dispuesto sobre un sustrato 34 que forma un módulo LED 36. Una pluralidad de lentes 38, preferentemente lentes de Fresnel, se encuentran dispuestas en correspondencia con los LED 32, con cada uno de los LED 32 situado sobre el eje óptico de una lente asociada 38. Un aparato de zoom deslizante 40 comprende dos elementos o anillos 42, 44 conectados de forma deslizable. El módulo 36 está dispuesto sobre el primer anillo 42, o en el mismo, de forma fija. Las lentes 38 están dispuestas sobre el segundo anillo 44, o en el mismo, también de forma fija. Se apreciará que este aparato de zoom 40 de la lámpara 30 efectúa el ajuste del ángulo del haz a través del movimiento relativo de los anillos 42, 44.
La configuración del aparato de zoom 40 mostrado en la figura 2 corresponde a una separación relativa mínima entre los LED 32 y las lentes 38. Esta configuración produce un haz ancho, es decir, un haz cónico con un ángulo de divergencia ancho, en ocasiones denominado luz expansiva.
La configuración del aparato de zoom 40 mostrado en la figura 3 corresponde a una separación relativa máxima entre los LED 32 y las lentes 38. Esta configuración produce un haz estrecho, es decir, un haz cónico con un ángulo de divergencia estrecho, denominado en ocasiones haz luminoso concentrado.
Un aparato de zoom deslizante puede efectuar opcionalmente un ajuste continuo del zoom (no mostrado). Para el ajuste de zoom continuo, los anillos deben presentar tolerancias relativas suficientemente cercanas, para que la fuerza de fricción entre los dos anillos 42, 44 impida el desplazamiento involuntario por resbalamiento entre ellos.
Alternativamente, como muestra la forma de realización ilustrada en las figuras 2 y 3, el aparato de zoom 40 es un aparato de zoom con índice. Una proyección o tope 46, que puede ser una proyección única, una pluralidad de proyecciones o una proyección anular, se extiende desde el primer anillo 42 y se desplaza de forma seleccionable al interior de uno de cinco rebajes oposiciones de tope 48, que pueden ser hendiduras anulares, agujeros o similar. La(s) proyección(es) 46 y los rebajes 48 se adaptan entre sí para permitir el movimiento relativo de los anillos 42, 44 para desplazar de forma seleccionable el tope 46 a una posición de tope seleccionada 48. Las proyecciones o topes 46 y los rebajes o posiciones de tope 48 cooperan para desviar el aparato de zoom dentro de determinados espaciamientos axiales preseleccionados o posiciones de tope. Se apreciará que este sistema de índice tiende a reducir el resbalamiento entre los dos anillos 42, 44 en comparación con un ajuste de zoom continuo similar que depende de la fuerza de fricción para evitar el resbalamiento. Evidentemente, el sistema de índice de las figuras 2 y 3 se describe únicamente a título de ejemplo y se consideran numerosas variaciones del mismo, tales como la colocación de tope sobre el primer anillo y los rebajes en el segundo anillo, la utilización de un número de posiciones de tope distinto de cinco, etc.
Haciendo referencia a la figura 4, además del sistema de zoom de índice de ejemplo efectuado mediante proyec-
ción(es) 46 y rebajes 48, la lámpara 30 comprende asimismo un mecanismo de enclavamiento adecuado que incluye una proyección lineal 50 alineada a lo largo de la dirección de deslizamiento del aparato de zoom 40, que se extiende hacia el interior desde el segundo anillo 44 hacia el primer anillo 42, y una depresión 52 lineal correspondiente que aloja la proyección lineal 50. El mecanismo de enclavamiento evita la rotación relativa entre el primer y el segundo anillos 42, 44, para los LED 32 se mantengan centrados en los ejes ópticos de las figuras 38.
Con referencia a las figuras 2 y 3, la lámpara 30 comprende asimismo uno o más conductos eléctricos 54 a través de los cuales cables u otros conductores eléctricos (no mostrados ) conectan los LED a la alimentación de corriente eléctrica asociada (no mostrada). Aunque se muestra como ejemplo un conducto único 54, se consideran numerosas variaciones, tales como conductos separados para cada LED 32.
Además, los componentes eléctricos tales como una placa de circuito impreso que conecta eléctricamente los LED 32 y presenta electrónica de accionamiento opcional dispuesta funcionalmente sobre la misma, conexiones metalizadas, una batería asociada u otra alimentación de corriente eléctrica, etc. también se consideran (componentes no mostrados. Se apreciará que tales componentes eléctricos son bien conocidos por los expertos en la materia.
Con referencia a la figura 5, se describe una configuración de montaje 60 para la lámpara 30 de las figuras 2 a 4. En la configuración de montaje 60, el anillo interior 42 permanece fijo respecto a un elemento de montaje 62, mientras que el movimiento de deslizamiento del otro anillo 44 efectúa el ajuste de zoom. El elemento de montaje 62 podría ser, por ejemplo, el cuerpo aproximadamente cilíndrico de una linterna manual que contiene baterías asociadas para suministrar alimentar la lámpara 30, en cuyo caso el movimiento del anillo exterior 44 es realizado manualmente por el usuario. Alternativamente, para una lámpara de haz concentrado para el escenario de un teatro, el movimiento del anillo 44 podría estar mecanizado. Se apreciará que la configuración de montaje 60 es más bien de construcción sencilla porque el anillo ajustable exterior 44 resulta accesible.
Con referencia a la figura 6, se describe otra configuración de montaje 70 para la lámpara 30 de las figuras 2 a 4. En la configuración de montaje 70, el anillo exterior 44 permanece fijo respecto a un elemento de montaje 72, mientras que el movimiento del anillo interior 42 realiza el ajuste de zoom. En este caso, el anillo interior 42 es relativamente inaccesible desde el exterior de la configuración de montaje 70 y, por lo tanto, en la forma de realización de la figura 6, una o más clavijas 74 se encuentran fijadas de forma rígida en el anillo interior 42 y pasan a través de los pasos 76 del elemento de montaje 72 para suministrar pomos o mangos mediante los cuales el anillo interior 42 se ajusta de forma deslizable para efectuar el zoom. Por lo tanto, la configuración de montaje 70 resulta más compleja en comparación con la configuración de montaje 60 de la figura 5. No obstante, la configuración de montaje 70 presenta la ventaja de contener completamente la lámpara 30 dentro del elemento de montaje 72, de modo que un dispositivo de iluminación que utilice la configuración 70 presenta dimensiones exteriores definidas y fijas. Las una o más clavijas 74 también se adaptan fácilmente para conectar con un motor (no mostrado) para efectuar un ajuste de zoom mecanizado.
Con referencia a la figura 7, se describe una lámpara 80 que aplica convenientemente otra forma de realización de la invención en la cual el aparato de zoom funciona con un principio de rotación mecánica. Los LED 82 están dispuestos en un sustrato 84 formando un módulo LED 86. Una pluralidad de lentes 88, preferentemente lentes de Fresnel, se encuentran dispuestos con el mismo patrón que los LED 82. El aparato de zoom giratorio 90 comprende dos elementos o anillos 92, 94 interconectados mediante rosca. El módulo LED 86 está dispuesto en el primer anillo 92 de forma fija. Las lentes 88 se encuentran dispuestas en el segundo anillo 94, o sobre el mismo, también de forma fija. Por lo tanto, roscando relativamente el primer y el segundo anillos 92, 94 hacia dentro o hacia fuera uno de otro utilizando las roscas cooperantes 96, 98 dispuestas en el exterior del primer anillo 92 y en el interior del segundo anillo 94, respectivamente, se ajusta la separación axial relativa de los LED 82 y las lentes 88. El primer anillo 92 comprende preferentemente uno o más conductos eléctricos 104 que son análogos al conducto o conductos 54 de la forma de realización de la figura 2.
Aunque los LED 82 y las lentes 88 están dispuestos en el mismo patrón espacial, se apreciará que el movimiento giratorio en general da como resultado una desalineación de los LED 82 fuera de los ejes ópticos de las lentes 88. No obstante, para determinadas orientaciones rotacionales de los anillos 92, 94, los dos patrones se alinean, como muestra la figura 8A. La orientación rotacional relativa mostrada en la figura 8A se designa en este documento como 0º y sirve como orientación de referencia. Además, en la figura 8A se muestran en negrita un LED específico 82_{0} y una lente específica 88_{0} cuyo seguimiento podrá efectuarse durante el ajuste del zoom utilizando las figuras 8B y 8C en la descripción que sigue.
Con referencia a la figura 8B, la orientación de referencia se ha cambiado girando el segundo anillo 94 120º en dirección contraria a la de las agujas del reloj. La rotación de 120º genera dos cambios. En primer lugar, la separación axial de los LED 82 y las lentes 88 cambia en una dimensión relacionada con la separación de las roscas 96, 98 debido a la acción de roscado. En segundo lugar, la lente 88_{0} ya no se encuentra axialmente alineada con el LED 82_{0}, sino que ahora más bien se encuentra axialmente alineada con otro LED, como muestra la figura 8B.
Con referencia a la figura 8C, el segundo anillo 94 ha girado otros 120º en dirección contraria a la de las agujas del reloj (rotación total 240º en comparación con la figura 8A). La separación axial del los LED 82 y las lentes 88 vuelve a cambiar en una dimensión relacionada con la separación de las roscas 96, 98 y la lente 88_{0} se alinea axialmente con otro LED distinto, como puede apreciarse en la figura 8C. Aunque no se ilustra en una figura separada, se apreciará que una tercera rotación de 120º en dirección contraria a la de las agujas del reloj representaría una rotación total de 360º respecto a la figura 8A, es decir, una rotación completa, y reproduciría el patrón de alineación mostrado en la figura 8A, pero con un cambio en la separación axial entre los LED 82 y las lentes 88 correspondiente a la separación de las roscas 96, 98.
En un aspecto de la forma de realización, las roscas 96, 98 presentan juntas de roscas, topes dentados u otro mecanismo (no mostrado) para desviar el aparato de zoom 90 en posiciones de índice como las que muestran las figuras 8A, 8B y 8C, en las que el patrón de las lentes 88 se alinea con el patrón de los LED 82. Se apreciará que si el patrón de las lentes 88 y el patrón de los LED 82 presentan cada uno una simetría rotacional múltiple de n, la separación de las posiciones de tope rotacionales por múltiplos enteros de 360º/n permite posiciones de tope para las cuales cada LED 82 se encuentra axialmente alineado con una de la pluralidad de lentes 88. En el ejemplo de forma de realización mostrado en las figuras 8A, 8B y 8C, los patrones presentan una simetría rotacional séxtuple (n = 6) y las posiciones de tope están separadas por rotaciones de 2 x (360º/n) = 120º.
En otro aspecto de la forma de realización, la rotación del aparato de zoom 90 también puede ser continua sin desvío de índice. En este caso, la interacción de fricción entre las roscas 96, 98 sería suficiente para contrarrestar el resbalamiento del aparato de zoom 90.
La figura 8D muestra una orientación rotacional relativa del patrón de LED 82 y el patrón de lentes 88 en el que los LED 82 no se encuentran alineados axialmente con las lentes 88, sino que más bien se encuentran situados relativamente ligeramente fuera del eje. Se apreciará que esta orientación relativa de los patrones que muestra la figura 8D puede obtenerse con o sin desviación de índices. Esta orientación relativa fuera del eje produce un desenfoque que puede proporcionar más libertad para ajustar las propiedades del haz de luz. En la figura 8D, el segundo anillo 94 ha sido girado en un ángulo A relativo a la orientación rotacional de referencia de la figura 8A, en la cual el ángulo A es ligeramente superior a la orientación de 240º que produciría la alineación del patrón.
En las formas de realización de las figuras 1 a 8D, los LED se muestran como sustancialmente similares, y el tamaño del punto concentrado del haz de luz o las características del haz se cambian con movimientos mecánicos relativos de un sistema de lentes y del conjunto de LED. No obstante, los LED pueden ser diferentes. Además, en otras formas de realización, descritas a continuación, el tamaño del punto concentrado del haz de luz u otras características del haz se cambian mediante la activación selectiva de LED o conjuntos de LED seleccionados, en los cuales los LED o conjuntos de LED son diferentes y/o presentan ópticas acopladas diferentes.
Con referencia a la figura 9, una lámpara 110 o fuente de luz comprende un sustrato 112 que en el módulo de haz luminoso concentrado de la figura 9 es de forma circular. Dispuestas sobre el sustrato 112 se encuentran una pluralidad de fuentes ópticas o unidades de iluminación 114A, 114B, 114C, 114D. Cada una de las fuentes ópticas o unidades de iluminación 114A, 114B, 114C, 114D comprende uno o más componentes de diodos emisores de luz (LED). La fuente óptica 114A comprende ocho componentes LED 116A. La fuente óptica 114B comprende ocho componentes LED 116B. La fuente óptica 114C comprende ocho componentes LED 116C. La fuente óptica 114D comprende un solo componente de LED 116D. En la forma de realización de la figura 9, la unidad de iluminación 114 D que comprende solamente un componente de LED 116D está situada en el centro del sustrato 112. Las unidades de iluminación 114B, 114C y 114A están dispuestas en un patrón circular concéntrico de diámetro creciente, respectivamente, alrededor de la unidad de iluminación 114D.
Con referencia nuevamente a la figura 9 y referencia adicional a la figura 10, se describe una forma de realización de los componentes LED 116A, 116B, 116C, 116D. La figura 10 muestra una vista en sección transversal de la lámpara o fuente de luz 110 tomada perpendicularmente al sustrato 112 a lo largo de la línea L-L mostrada en la figura 9. En el sustrato 112 se encuentran una pluralidad de huecos 120 para alojar los elementos LED 122A, 122B, 122C, 122D que corresponden a los componentes LED 116A, 116B, 116C, 116D respectivamente. El sustrato 110 se fabrica utilizando un material disipador térmico como por ejemplo una placa de cobre. El montaje de los elementos LED y la conexión eléctrica de los mismos son etapas bien conocidas en técnica y no requieren ser descritas en este documento para darlas a conocer.
Se apreciará que no es necesario los elementos LED 122A, 122B, 122C, 122D sean idénticos entre sí, sino que pueden incluirse elementos LED que emitan luz de diferentes colores o con distribuciones espectrales diferentes, distintas intensidades ópticas y similares. Los elementos LED 122A, 122B, 122C, 122D puede realizarse en diferentes materiales, por ejemplo el elemento de LED 122A puede ser un elemento de LED de nitruro del grupo III que emita luz azul, mientras que el elemento de LED 122B puede ser un elemento de LED de fosfuro del grupo III que emita luz roja. Además, en el caso de una pluralidad de elementos LED que comprenden una unidad de luz o fuente óptica, por ejemplo la fuente óptica 114A, no es necesario que todos los elemento de LED de la pluralidad de elementos sean idénticos. No obstante, para mayor simplicidad, la figura 2 muestra todos los elementos LED 122A, 122B, 122C, 122D esencialmente idénticos.
Los componentes LED 116A, 116B, 116C, 116D comprenden asimismo elementos ópticos tales como lentes 124A, 124B, 124C, 124D. Para efectuar distribuciones angulares diferentes o patrones espaciales distintos para la luz emitida por las unidades de iluminación 114A, 114B, 114C, 114D, los elementos ópticos correspondientes o lentes 124A, 124B, 124C, 124D presentan cada una prescripciones ópticas diferentes. Las lentes 124A, 124B, 124C, 124D pueden ser elementos discretos que se montan sobre los huecos 120. Alternativamente, los elementos ópticos 124A, 124B, 124C, 124D pueden estar formados por conformado o moldeado controlados de un encapsulante de epoxi o resina que se utiliza para sellar herméticamente los elementos LED 122A, 122B, 122C, 122D. En la forma de realización de las figuras 9 y 10, las prescripciones ópticas diferentes se realizan mediante distintos radios de la sección cónica de las lentes o "protuberancias" epoxi 124A, 124B, 124C, 124D. Evidentemente, también pueden utilizarse otros enfoques para realizar una prescripción óptica preseleccionada, como por ejemplo la utilización de materiales diferentes que presenten índices de refracción distintos para cada tipo de elemento óptico 124A, 124B, 124C, 124D. También se apreciará que los elementos ópticos 124A, 124B, 124C, 124D, además de realizar las prescripciones ópticas preseleccionadas, también pueden alterar la luz emitida por las fuentes ópticas 114A, 114B, 114C, 114D de otros modos. Por ejemplo, los elementos ópticos de las lentes 124A, 124B, 124C, 124D pueden teñirse selectivamente para alterar el color de la distribución espectral de la luz que pasa a través de ellos de un modo preseleccionado.
La forma de realización ilustrada en la figura 10 se proporciona únicamente a título de ejemplo. También se consideran otras configuraciones de los componentes LED 116A, 116B, 116C, 116D y del sustrato 112. Por ejemplo, el sustrato 112 puede ser una placa de circuito impreso (placa de CI) con los elementos LED 122A, 122B, 122C, 122D pegados directamente sobre la misma. En esta forma de realización alternativa, normalmente podrían omitirse los huecos 120.
Con referencia a la figura 11, se describe la configuración eléctrica de la forma de realización de las figuras 9 y 10. Una fuente de tensión adecuada V suministra una alimentación eléctrica para la fuente de luz o lámpara 110, que en la forma de realización de las figuras 9 y 11 comprende cuatro fuentes ópticas o unidades de iluminación 114A, 114B, 114C, 114D. La lámpara 110 comprende además una unidad de control 130 que presenta cuatro conmutadores 132A, 132B, 132C, 132D para aplicar selectivamente alimentación eléctrica a las unidades de iluminación correspondientes 114A, 114B, 114C, 114D. Los conmutadores 132A, 132B, 132C, 132D pueden ser conmutadores manuales, conmutadores controlados electrónicamente, u otros tipos de conectores. La unidad de control 130 comprende, opcionalmente, elementos adicionales (no mostrados) como por ejemplo una interfaz de ordenador o componentes para acondicionar la potencia aplicada a las unidades de iluminación. En la configuración eléctrica ilustrada de la figura 11, las cuatro unidades de iluminación 114A, 114B, 114C, 114D pueden seleccionarse de forma independiente, y en cualquier momento determinado puede activarse selectivamente cualquier combinación de las unidades de iluminación 114A, 114B, 114C, 114D. Cada una de las unidades de iluminación 114A, 114B, 114C, 114D presenta una prescripción óptica diferente, obtenida en la forma de realización de las figuras 9 y 10 utilizando diferentes radios de sección cónica para las lentes 124A, 124B, 124C, 124D. Por lo tanto, activando solamente una unidad seleccionada de las cuatro unidades de iluminación 114A, 114B, 114C, 114D, pueden obtenerse selectivamente cuatro distribuciones angulares diferentes o patrones espaciales distintos de luz emitida. Activando un subconjunto seleccionado de la pluralidad de fuentes ópticas 114A, 114B, 114C, 114D, pueden obtenerse combinaciones complejas de las distribuciones espaciales de luz de las fuentes ópticas individuales 114A, 114B, 114C, 114D. En un caso operativo limitado, pueden activarse simultáneamente las cuatro fuentes ópticas 114A, 114B, 114C, 114D utilizando la configuración eléctrica mostrada en la figura 11.
La configuración eléctrica de la figura 11 se describe únicamente a título de ejemplo, y se consideran diversas variaciones de la misma. Como se ha indicado anteriormente, los elementos LED 122A, 122B, 122C, 122D pueden ser de diferentes tipos, por ejemplo elementos LED de GaN, elementos LED de InGaAIP, etc. En los casos en los cuales los elementos LED que comprenden las unidades de iluminación son distintos, la unidad de control 130 incluye opcionalmente divisores de tensión (no mostrados) u otros componentes de acondicionamiento de la tensión eléctrica que controlan la energía eléctrica aplicada a cada fuente óptica 114A, 114B, 114C, 114D. Además, como se ha indicado anteriormente, una fuente óptica determinada, por ejemplo la fuente óptica 114A, puede incluir elementos LED de tipos diferentes. En este caso, la fuente óptica 114A incluiría ella misma uno o más componentes eléctricos (no mostrados) tales como divisores de tensión que condicionan la tensión aplicada a cada uno de los elementos LED dentro de la fuente óptica 114A. En otra variante más, la unidad de control 130 comprende un reostato, divisor de tensión variable u otro componente eléctrico (no mostrado) que permite la aplicación de energía variable a la lámpara 110 globalmente o a una o más de las unidades de iluminación individuales 114A, 114B, 114C, 114D comprendidas en la lámpara 110. Una disposición conveniente de esta clase permite al usuario controlar la intensidad óptica y la distribución espacial de la salida de luz.
Con referencia a la figura 12, se describe una segunda forma de realización 140 de la invención. Un sustrato circular 142 presenta cuatro unidades de iluminación dispuestas sobre el mismo. Cada unidad de iluminación comprende una pluralidad de componentes LED esencialmente idénticos. Los componentes LED de cada unidad de iluminación son diferentes de los componentes LED de las demás unidades de iluminación. Por lo tanto, existen cuatro tipos de componentes LED 146A, 146B, 146C, 146D dispuestos sobre el sustrato 142, correspondientes a las cuatro unidades de iluminación. A diferencia de la forma de realización de la figura 9, la forma de realización de la figura 12 presenta el mismo número de componentes LED de cada tipo y la distribución de los tipos de componentes LED 146A, 146B, 146C, 146D a través del sustrato 142 es esencialmente uniforme. Aunque la distribución espacial de los tipos de componentes LED es uniforme, la lámpara 140, no obstante, es capaz de producir una luz que presenta por lo menos cuatro distribuciones espaciales o angulares seleccionables, porque cada uno de los cuatro tipos de componentes LED 146A, 146B, 146C, 146D presenta una prescripción óptica diferente, como indica el diferente radio de la sección cónica de los cuatro tipos de componentes LED 146A, 146B, 146C, 146D. Por lo tanto, las cuatro unidades de iluminación correspondientes producen cada una una luz que presenta una distribución de la luz angular o espacial.
Con referencia a la figura 13, se describe una tercera forma de realización 150 de la invención. Un sustrato rectangular 152 presenta dos unidades de iluminación correspondientes a componentes LED de los tipos 156A y 156B respectivamente. Los tipos de componentes LED 156A, 156B presentan elementos ópticos con radio de la sección cónica esencialmente similar. No obstante, se obtienen prescripciones ópticas diferentes utilizando materiales que presentan índices de refracción distintos para cada tipo de componentes 156A, 156B. Por lo tanto, la forma de realización de la figura 13 presenta una primera distribución de la luz angular o espacial obtenida cuando se encuentra activada la primera fuente óptica que comprende los componentes LED del tipo 156A; y se obtiene una segunda distribución de la luz angular o espacial obtenida cuando se encuentra activada la primera fuente óptica que comprende los componentes LED del tipo 156B. Opcionalmente puede obtenerse una tercera distribución de la luz angular o espacial activando conjuntamente ambas fuentes ópticas primera y segunda, combinando funcionalmente la tercera distribución de la luz angular o espacial las distribuciones de salida de luz primera y segunda.
Los expertos en la materia apreciarán que las formas de realización de los tipos 110, 140, 150 en los cuales el tamaño del punto concentrado del haz de luz u otras características de haz se cambian activando selectivamente LED o conjuntos de LED se combinan fácilmente con las formas de realización de los tipos 10, 30, 80 en los cuales las características de haz se varían mediante el movimiento mecánico relativo de un sistema de estratificación lenticular y un conjunto de LED.
Por ejemplo, la fuente de luz 110 de la figura 9 presenta una simetría rotacional múltiple de nueve particularmente adecuada para su utilización en una lámpara de módulo de haz luminoso concentrado ajustable rotacionalmente similar a la lámpara 80 de la figura 7. La fuente de luz 110 sustituye adecuadamente el módulo LED 86 de la lámpara 80. En una forma de realización considerada, las lentes 124 están situadas en el segundo anillo 94, es decir, las lentes 124 sustituyen a las lentes 88 del módulo de haz luminoso concentrado 80. En otra forma de realización considerada, las lentes 124 se encuentran fijadas a la fuente de luz 110, como muestra la figura 9, y las lentes 88 son lentes separadas que cooperan con las lentes 124 para proporcionar el enfoque óptico seleccionado. Las fuentes de luz 140, 150 son menos adecuadas para una lámpara de módulos de haz luminoso concentrado ajustables rotacionalmente, ya que estas fuentes 140, 150 requerirían una rotación de 360º. No obstante, cualquiera de las fuentes de luz 110, 140, 150 se utiliza adecuadamente junto con una lámpara de módulos de haz luminoso concentrado ajustables por deslizamiento similar a la lámpara 30 de las figuras 2 a 4.
La invención se ha descrito haciendo referencia a formas de realización preferidas. Obviamente, pueden ponerse de manifiesto modificaciones y alteraciones de las mismas a partir de la lectura y comprensión de la descripción detallada anterior. Se entiende que la invención comprenda todas estas modificaciones y alteraciones en la medida que están comprendidas en el alcance de las reivindicaciones adjuntas o son equivalentes a las mismas.

Claims (13)

1. Módulo de haz luminoso concentrado que presenta una salida de luz seleccionable, comprendiendo el módulo de haz luminoso concentrado:
un sustrato (14, 34, 112, 142, 152);
una pluralidad de fuentes ópticas (114A, 114B, 114C, 114D) dispuestas sobre el sustrato (14, 34, 112, 142, 152), comprendiendo cada fuente óptica (114A, 114B, 114C, 114D):
por lo menos un diodo emisor de luz (116A, 116B, 116C, 116D, 146A, 146B, 146C, 146D, 156A, 156B), y
por lo menos un elemento óptico (18, 38) en comunicación operativa con por lo menos un diodo emisor de luz (116A, 116B, 116C, 116D, 146A, 146B, 146C, 146D, 156A, 156B); y
un aparato de zoom que soporta los elementos ópticos (18, 38) de las fuentes ópticas (114A, 114B, 114C, 114D), caracterizado porque el aparato de zoom comprende anillos interiores y exteriores interconectados de manera deslizable (42, 44), estando conectado uno de los anillos (42, 44) con por lo menos un diodo emisor de luz (116A, 116B, 116C, 116D, 146A, 146B, 146C, 146D, 156A, 156B) y estando conectado el otro de los anillos (42, 44) con por lo menos un elemento óptico (18, 38), ajustando el deslizamiento relativo de los anillos interior y exterior interconectados de manera deslizable (42, 44) una separación axial entre dicho por lo menos un diodo emisor de luz (116A, 116B, 116C, 116D, 146A, 146B, 146C, 146D, 156A, 156B) de cada fuente óptica (114A, 114B, 114C, 114D) y su correspondiente por lo menos un elemento óptico (18, 38).
2. Módulo de haz luminoso concentrado según la reivindicación 1, en el que cada una de la pluralidad de fuentes ópticas (114A, 114B, 114C, 114D) produce luz que presenta características de salida seleccionadas, siendo diferentes las características de salida seleccionadas para cada una de las fuentes de luz ópticas (114A, 114B, 114C, 114D), comprendiendo además el módulo de haz luminoso concentrado:
una unidad de control (130) que acciona selectivamente una o más de las fuentes ópticas (114A, 114B, 114C, 114D) para producir luz que presenta las características de salida de luz seleccionadas.
3. Módulo de haz luminoso concentrado según la reivindicación 2, en el que el accionamiento selectivo de la pluralidad de fuentes ópticas (114A, 114B, 114C, 114D) comprende por lo menos uno de los siguientes:
accionamiento selectivo de una de la pluralidad de fuentes ópticas (114A, 114B, 114C, 114D);
accionamiento selectivo de un subconjunto de la pluralidad de fuentes ópticas (114A, 114B, 114C, 114D); y
accionamiento selectivo de toda la pluralidad de fuentes ópticas (114A, 114B, 114C, 114D).
4. Módulo de haz luminoso concentrado según la reivindicación 1, en el que dicho por lo menos un elemento óptico (18, 38) comprende una lente (18, 38) que corresponde a cada diodo emisor de luz (116A, 116B, 116C, 116D, 146A, 146B, 146C, 146D, 156A, 156B), recibiendo y enfocando dicha lente la luz procedente del diodo emisor de luz (116A, 116B, 116C, 116D, 146A, 146B, 146C, 146D, 156A, 156B).
5. Módulo de haz luminoso concentrado según la reivindicación 4, en el que cada diodo emisor de luz comprende además:
un encapsulante de resina o epoxi (124A, 124B, 124C, 124D) que sella herméticamente el diodo emisor de luz, proporcionando el encapsulante de resina o epoxi (124A, 124B, 124C, 124D) refracción de la luz que coopera con la lente (18, 38) para enfocar la luz.
6. Lámpara que comprende:
un módulo LED (86) que comprende una pluralidad de LED (82);
un sistema óptico que comprende una pluralidad de lentes (88) en comunicación óptica con el módulo LED (86) a lo largo de un eje óptico entre las lentes y los LED; y
un aparato de zoom (90) que ajusta selectivamente la separación axial relativa entre el sistema óptico y el módulo LED (86), caracterizada porque el aparato de zoom comprende:
un primer anillo (92) que presenta el módulo LED (86) dispuesto sobre el mismo, presentando además el primer anillo (92) un primer fileteado (96) dispuesto sobre el mismo;
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un segundo anillo (94) que presenta un segundo fileteado (98) dispuesto sobre el mismo adaptado para cooperar con el primer fileteado (96), de manera que el primer anillo (92) y el segundo anillo (94) pueden desplazarse relativamente a manera de un atornillado, presentando además el segundo anillo (94) el sistema óptico dispuesto sobre el mismo, y
un sistema de índice que desvía relativamente el primer anillo (92) y el segundo anillo (94) en una o más orientaciones rotacionales seleccionables.
7. Lámpara según la reivindicación 6, en la que dicha por lo menos una lente (88) comprende:
una pluralidad de lentes de Fresnel dispuestas en un segundo patrón que corresponde con el primer patrón.
8. Lámpara según la reivindicación 6, en la que el sistema óptico comprende:
una pluralidad de lentes (88) en la que cada una de las lentes se encuentra axialmente alineada con un LED (82) y comunica ópticamente con dicho LED (12, 32, 82) con el primer anillo (92) y con el segundo anillo (94) en una de las orientaciones rotacionales relativas seleccionables.
9. Lámpara según la reivindicación 6, en la que la pluralidad de LED (12, 32, 82) del módulo LED (16, 36, 86) comprende:
una primera unidad de iluminación LED (114A) que comprende una pluralidad de primeros LED (116A, 146A, 156A) que producen luz, que presentan unas primeras características; y
una segunda unidad de iluminación LED (114B) que comprende una pluralidad de segundos LED (116B, 146B, 156B) que producen luz, que presentan unas segundas características que son distintas de las primeras características;
en la que las primera y segunda unidades de iluminación LED (114A, 114B) se accionan selectivamente para producir una salida de luz con una seleccionada de entre las primeras o segundas características.
10. Módulo de haz luminoso concentrado según la reivindicación 1, que comprende además un enclavamiento mecánico (50, 52) entre los anillos interior y exterior (42, 44) que evita la rotación relativa entre ellos.
11. Módulo de haz luminoso concentrado según la reivindicación 10, en el que el enclavamiento mecánico (50, 52) comprende:
un saliente (50) en uno de los anillos interior y exterior (42, 44) estando el saliente alineado paralelamente al eje óptico; y
una hendidura (52) en uno de los anillos interior y exterior (42, 44) que aloja el saliente (50) para evitar la rotación relativa de los anillos interior y exterior (42, 44).
12. Módulo de haz luminoso concentrado según la reivindicación 1, que comprende además:
un tope (46) que desvía relativamente los anillos interior y exterior (42, 44) en una o mas posiciones de tope axiales relativas de manera seleccionable (48).
13. Lámpara según la reivindicación 6, en el que el módulo LED (16) comprende además:
un disipador térmico (24) conectado térmicamente con el sustrato (14) para refrigerar el módulo LED (16).
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