ES2338079B1 - Sistema para la extraccion de luz en fibras opticas monofilares. - Google Patents
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Abstract
Sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofiliares.
El sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofilares se refiere a la realización, en tantas
posiciones como se requiera y con el tamaño y forma necesarios en
función de la cantidad de luz que se pretende extraer y de la
direccionalidad de la misma, de elementos de extracción con una
geometría óptica definida, que pueden ser o tallados en el interior
de la fibra o adosados al exterior de la misma. Estos elementos de
extracción se disponen a lo largo de toda la fibra de tal manera que
la luz, que en condiciones normales es conducida por la fibra
óptica, sale al exterior de la misma, por la propia superficie de la
fibra o por una ventana específica creada a tal efecto, con la
dirección e intensidad que se desee.
Description
Sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofilares.
El empleo de fibra óptica como sistema de
conducción luminosa es conocido desde hace mucho tiempo. Ya a
medidos del siglo XIX se demostró que la luz podía ser guiada en un
medio transparente. A finales de este siglo, Tyndall demostró que un
haz de rayos solares podía guiarse a través de un chorro de agua. En
los años 20 del pasado siglo se demostró incluso que se podía hacer
sistemas que transmitieran imágenes. En los últimos 20 años ha
habido un gran desarrollo de las fibras ópticas debido esencialmente
a su capacidad en el ámbito de las telecomunicaciones. Hoy en día el
desarrollo de la fibra para iluminación está alcanzando también
elevadas cotas de desarrollo. Podemos encontrar numerosas empresas y
productos que se aplican a la iluminación por fibra óptica.
La fibra óptica presenta grandes ventajas en
comparación con otros sistemas convencionales de iluminación, por
ejemplo, para la iluminación selectiva de superficies relativamente
grandes tales como paneles publicitarios, escaparates, iluminación
en lugares de difícil acceso, etc. Por otro lado, los reducidos
costes de mantenimiento de la fibra y sus componentes, así como la
reducción de focos de generación luminosa, pueden suponer un
considerable ahorro económico y energético.
La iluminación mediante fibra óptica adquiere
una especial ventaja frente a los sistemas convencionales de
iluminación cuando se considera la extracción de luz a lo largo de
la fibra óptica. La distribución, extracción y emisión de la luz a
través de la fibra óptica que se emplea para iluminación pueden
realizarse mediante la alteración de la transmisión de la onda que
se conduce por la fibra. Por ejemplo la patente US4733332 y la
solicitud de patente WO9820279A1 introducen el empleo de partículas
difusoras y film respectivamente que permiten extraer la luz de
la
fibra.
fibra.
Sin embargo, serían deseables sistemas
alternativos, más económicos y eficaces, que permitan extraer la luz
a lo largo de la fibra de manera uniforme y controlada, y que a su
vez permitan conservar una elevada eficacia de transmisión de la luz
remanente a lo largo de la fibra. La patente US6783269, titulada
"Side-emitting rod for use with an
led-based light engine", introduce el empleo de
pintura fijado en el exterior de la fibra como material para la
extracción de la luz. La patente US6966685 introduce una fibra en la
cual el diámetro va reduciéndose de forma progresiva. En la
superficie exterior se producen una serie de ranuras con perfil de V
que reflejan la luz para que ésta pierda la condición de guiado y
escape por cualquier punto de la fibra óptica, dando un patrón de
iluminación uniforme y no dirigido. En esta patente, la intensidad
de la luz extraída se modula mediante la disminución del diámetro de
la fibra.
Los inconvenientes que presentan estos métodos
de extracción de luz son debidos en primer lugar a una baja
eficiencia. Por ejemplo, en el caso de situar puntos difusores la
luz sale al exterior pero también una parte muy importante se
difunde en el interior de la fibra con lo que se incrementan las
pérdidas y se reduce la eficiencia del sistema. En segundo lugar, la
luz que se extrae es una luz difusa y sin direccionabilidad, y por
tanto difícil de emplear a la hora de iluminar una zona determinada,
o bien con una baja eficiencia ya que gran parte de la luz se pierde
en zonas que no eran de interés. En tercer lugar, al incrementar, de
forma descontrolada, el ángulo sólido del haz de salida se
incrementa el posible deslumbramiento que esta salida de luz produce
en el observador. Este efecto es especialmente notable cuando se
trata de sistemas aplicados a espacios con bajos niveles de
luminancia donde la visión de una fuente luminosa puede hacer
disminuir el contraste percibido en la visión de un objeto.
\vskip1.000000\baselineskip
La presente invención se refiere a un sistema de
extracción de luz para fibra óptica monofilar (1). El sistema
incorpora un elemento de extracción (2) que desvía la luz en el
interior de la fibra (5), y un elemento o ventana de salida o escape
(3) que permite el paso de la luz al exterior (4) de la fibra. El
elemento de extracción (2) puede trabajar por reflexión o por
refracción. La geometría óptica del elemento de extracción (2) y la
del elemento de salida (3) permiten regular la forma, dirección e
intensidad del haz de luz de salida. La distribución de los
elementos de extracción (2) y de salida (3) realizados a lo largo de
la fibra (1) permite obtener la iluminación deseada en los puntos de
iluminación deseados.
La geometría óptica del elemento de extracción
(2) es función del ángulo con el que viene propagándose la luz (5)
por la fibra óptica monofilar (1) y de la dirección de salida de la
luz (4) que queramos obtener en cada caso. Dicha geometría óptica
puede ser una parte de una esfera, un cilindro plano, un cono, la
combinación de todos ellos o cualquier otra superficie. El elemento
de salida (3) puede ser la propia superficie exterior de la fibra
(6), el elemento extractor (2) cuando éste trabaja por refracción, o
una superficie definida en el interior o el exterior de la fibra
que, a su vez, puede incorporar geometrías que contribuyan a dirigir
la luz en la forma deseada. La geometría tanto del elemento
extractor (2) como del elemento de salida (3) puede dar lugar a una
superficie en bajorrelieve, es decir excavada en la fibra, como
aparece en las figuras 1, 2, 3, 4, 5 y 6, o en relieve, ocupando un
volumen exterior a la fibra, como aparece en las figuras 7 y 8.
La extracción de la luz puede realizarse
mediante sistemas directos o indirectos. Los sistemas directos son
aquellos en los que el elemento de extracción (2) hace a su vez de
elemento de salida (3), y por tanto, incorporan ambos elementos en
la misma geometría, tal y como aparece en las figuras 1, 2, 5, 7 y
8. Los sistemas indirectos son los que en primer lugar desvían la
luz mediante la geometría óptica del elemento de extracción (2) y,
posteriormente, la dirigen a la ventana de salida (3), tal y como
aparece en las figuras 3, 4 y 6. El elemento de salida (3) puede
estar en la misma cara en que se dispone el elemento de extracción
(2) que desvía la luz, por ejemplo, en la forma en la que se muestra
en las figuras 4 y 6a, o en una cara distinta de la fibra, por
ejemplo, en la forma en la que se muestra en las figuras 3 y 6b. En
los sistemas indirectos, lo más habitual será que el elemento de
extracción (2) que desvía la luz se sitúe enfrentado al elemento de
salida (3) por el que se va a extraer la luz, tal y como se muestra
a modo de ejemplo en las figuras 3 y 6b. Una misma fibra (1) puede
contener elementos de salida (3) tanto en la misma cara que los
elementos de extracción (2) como en otra cara distinta. Así mismo,
un mismo sistema puede tener elementos bajorrelieve y en
relieve.
La geometría óptica del elemento de extracción
(2) y la del elemento de salida (3) permiten cambiar el ángulo de
incidencia de la luz, de forma que dicho ángulo sea superior al
ángulo límite definido por la fibra para el guiado de la luz. Una de
las formas más interesantes de generar este sistema de extracción de
luz para fibra óptica monofilar (1) es mediante incisiones
inclinadas en la fibra. Cada incisión delimita un plano inclinado
respecto del sentido de propagación de la luz en la fibra que hace
de separación entre dos medios, que pueden ser, por ejemplo, el
material de la fibra y el aire. De esta forma, cuando la luz se
propaga en la fibra (5) e incide en dicho plano, se refleja debido a
que el ángulo de incidencia es superior al ángulo límite y por tanto
se desvía hacia el exterior de la fibra e incide en ésta en un
ángulo tal que sale al exterior (4). Según el diseño y tipología
puede haber sistemas de extracción en los que el elemento de
extracción (2) actúa a la vez como ventana de salida (3) y
viceversa.
El sistema de extracción puede ser desarrollado
para fibras ópticas monofilares (1) con iluminación exclusivamente
desde un extremo, o bien sistemas en los que la fibra tiene una
fuente de luz en cada extremo de la misma y, por tanto, las
geometrías ópticas reciben la luz desde ambos lados a la vez.
En el sistema de extracción de luz para fibra
óptica monofilar (1) se puede incluir un tratamiento antirreflejante
para incrementar el porcentaje de luz que pasa a través de los
elementos de extracción. Así mismo, se puede incluir un tratamiento
especular que incremente la luz reflejada cuando sea de interés
dicho efecto. También es posible combinar un tratamiento
antirreflejante y un tratamiento especular simultáneamente.
El sistema de extracción puede realizarse en
fibras ópticas monofilares (1) con cualquier sección, incluyendo la
circular, elíptica, parabólica, etc. Los elemento de extracción (2),
así como las ventanas de salida (3) pueden tener diferentes
geometrías de tipo plano, cilíndrico, cónico, esférico, asférico o
de cualquier otra forma adecuada a la finalidad que se le asigna al
elemento en cuestión.
Los elementos de extracción (2) en bajorrelieve
se pueden obtener mediante el trabajo con maquinas herramienta o por
cualquier otra tecnología que lo haga posible, tal y como, por
ejemplo, es el cortado láser. Cuando las geometrías ópticas del
elemento de salida (3) o el elemento de extracción (2) se encuentran
en el exterior, formando un relieve, se producirán aparte y se
incorporarán al material de la fibra mediante pegado y,
preferentemente, mediante un pegado de calidad óptica.
Una de las ventajas que presenta esta invención
radica en que se puede obtener un sistema en el que es posible
controlar el deslumbramiento directo producido en las ventanas de
escape de la luz. El observador, en este caso, no ve la parte
luminosa sino que solamente percibe las superficies iluminadas por
la luz de la fibra. Con este sistema, por tanto, se pueden conseguir
niveles de adaptación de los observadores a las luminancias de los
objetos iluminados, evitando los altos niveles de luminancia que
presentan otras fibras conocidas, como las de emisión
lateral.
lateral.
Con esta invención, la luz puede distribuirse en
la cantidad necesaria en el lugar preciso y en la dirección
requerida. Esto permite variar la cantidad de luz que baña una
determinada superficie para adaptarla a los requerimientos del
proyecto particular, o bien diseñar el sistema para que la salida de
flujo sea uniforme y por tanto el nivel de iluminancia en el plano
de trabajo cumpla con las condiciones de uniformidad requeridas. Por
ejemplo, en el caso del sistema de extracción ilustrado en la figura
1, el elemento de extracción (2) presenta una geometría definida por
un plano inclinado que, como se aprecia en la sección (figura 1b),
no es un anillo alrededor de la fibra, ya que lo que se pretende es
dirigir la luz hacia una zona concreta. Las geometrías ópticas, por
lo tanto, aportan una precisión de la que carecen otros sistemas de
extracción de la luz de la fibra óptica, como es el caso del sistema
recogido en la patente US6966685 que se refiere a unas ranuras con
perfil de V que reflejan la luz por cualquier punto de la fibra
óptica, dando un patrón de iluminación uniforme y no dirigido.
Por otra parte, al salir la luz exclusivamente
en la dirección que nos interesa, no produce deslumbramiento
molesto, ni perturbador al sujeto que percibe la escena, facilitando
por tanto la acomodación del mismo al entorno visual y, en
consecuencia, el poder diseñar el espacio luminoso con bajos niveles
de iluminancia, con el consiguiente alto ahorro energético y de
carga térmica.
Para facilitar la comprensión de las
características de la invención, y formando parte de la memoria
descriptiva, se acompañan una serie de dibujos que explican la
invención.
La figura la muestra un sistema de extracción de
la luz en fibras ópticas monofilares (1) del tipo directo, el cual
consta de un elemento de extracción (2) en bajorrelieve, que permite
que la luz transmitida en el interior de la fibra (5) se dirija al
exterior de la fibra, y una ventana o elemento de salida (3) que se
encuentra en el mismo lado que el elemento de extracción (2), y a
través de la cual la luz sale al exterior de la fibra con la
dirección e intensidad deseada (4). La figura 1b representa un corte
en sección de dicho sistema de extracción.
La figura 2 muestra un sistema de extracción del
tipo directo con un elemento de extracción (2) de la luz en
bajorrelieve que presenta una geometría cuya forma es cilíndrica y
transversal al eje de la fibra (1).
La figura 3 muestra un sistema de extracción de
la luz del tipo indirecto, con un elemento de extracción (2) en
bajorrelieve que presenta una geometría plana, en el que el escape
de luz se produce por la ventana (3) situada en la parte opuesta de
la fibra.
La figura 4 muestra un sistema de extracción de
la luz del tipo directo con un elemento de extracción (2) en
bajorrelieve que presenta una geometría plana, situado en un plano
vertical perpendicular al eje de la fibra, con una ventana de escape
(3) de la luz para su salida directa (4), que coincide con el
elemento de extracción (2).
La figura 5 muestra el sistema de la figura 4 en
perspectiva.
La figura 6 muestra un sistema de extracción de
la luz del tipo indirecto consistente en un elemento de extracción
(2) en bajorrelieve definido por la inserción de un plano inclinado,
que introduce un medio cuyo índice de refracción es más bajo que el
de la fibra, por ejemplo aire, y que hace que la luz (5) se refleje
hacia el mismo lado del elemento de extracción (2) (figura 6a) o
hacia el lado opuesto (figura 6b).
La figura 7 muestra un sistema de extracción de
la luz del tipo directo en el cual el elemento de extracción (2),
que actúa a su vez de ventana (3), se realiza en relieve.
La figura 8 muestra un sistema de extracción de
la luz del tipo directo con un elemento de extracción (2) de la luz
en relieve, que presenta una geometría cuya forma es un prisma. La
figura 8a es una alzado y la figura 8b es una perspectiva.
Para su empleo como mera explicación, y sin que
tenga carácter restrictivo, se ofrece a continuación un modo de
realización de la presente invención.
Se utilizó una fibra óptica monofilar de PMMA
(polimetilmetacrilato) de 9 mm de diámetro, sin camisa ni funda de
protección, e iluminada por un LED por uno de sus extremos. En dicha
fibra se practicó, mediante una fresadora, una canaleta plana y
transversal como elemento de extracción, formando un plano de 45
grados con el eje de transmisión de la fibra y con una profundidad
de penetración en la fibra de 3,5 mm, conforme aparece reflejado en
la figura 6a.
En este sistema, cuando la luz incidía en la
superficie que delimitaba el material de la fibra y el aire de la
canaleta, se producía una reflexión total, desplazándose
perpendicularmente a dicho eje hacia el exterior de la fibra. La luz
se dirigía hacia el exterior de la fibra perpendicularmente a la
superficie exterior de la misma y, por tanto, salía al exterior.
Dado que la superficie de la fibra óptica era un cilindro, éste
actuaba en el plano perpendicular al eje de la fibra como un
dioptrio y, por tanto, redistribuía la luz que salía al exterior de
la misma. De esta manera, se iluminó con la luz del interior de la
fibra, la zona deseada alrededor de dicha fibra.
Claims (21)
1. Sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofilares (1) que comprende al menos:
- a.
- un elemento de extracción (2) que desvía luz que se transmite por la fibra
- b.
- un elemento de salida (3) que permite el escape de luz de dichas fibras
y caracterizado porque el elemento de
extracción (2) produce una desviación de la luz según su avance en
el interior de la fibra (5) y ésta sale al exterior de la fibra (4)
por el elemento de salida (3).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Sistema para la extracción de luz según la
reivindicación 1, en el que la fibra óptica monofilar (1) es una
fibra elíptica, cuadrada o de cualquier otra forma derivada de la
combinación de formas curvas y rectas en un corte en sección.
3. Sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofilares (1) de acuerdo con la reivindicación 2,
caracterizado porque el elemento de extracción (2) y el
elemento de salida (3) tienen una geometría óptica que regula la
forma, la intensidad y la dirección del haz de luz de salida
(4).
4. Sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofilares (1) de acuerdo con la reivindicación 3,
caracterizado porque la geometría óptica del elemento de
extracción (2) y del elemento de salida (3) puede ser plana,
cilíndrica, cónica, esférica, asférica o de cualquier otra forma que
permite la extracción de luz de la fibra.
5. Sistema para la extracción de luz según la
reivindicación 4, caracterizado porque mediante la
distribución de los elementos de extracción (2) y elementos de
salida realizados (3) a lo largo de la fibra se obtiene la
iluminación deseada en los puntos de iluminación deseados.
6. Sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofilares (1) de acuerdo con la reivindicación 5,
caracterizado porque la fuente de luz puede incorporarse
tanto en uno como en los dos extremos de la fibra.
7. Sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofilares (1) de acuerdo con la reivindicación 6,
caracterizado porque el elemento de salida (3) actúa a su vez
como elemento de extracción (2).
8. Sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofilares (1) de acuerdo con la reivindicación 6,
caracterizado porque el elemento de extracción (2) es a su
vez el elemento de salida (3).
9. Sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofilares (1) de acuerdo con la reivindicación 6,
caracterizado porque los elementos de salida (2) se
encuentran en la misma cara de la fibra que los elementos de
extracción (3).
10. Sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofilares (1) de acuerdo con las reivindicación 6,
caracterizado porque los elementos de salida (3) se
encuentran en una cara de la fibra distinta a la de los elementos de
extracción (2).
11. Sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofilares (1) de acuerdo con la reivindicación 6,
caracterizado porque los elementos de salida (3) se
encuentran tanto en una cara distinta como en la misma cara de la
fibra que los elementos de extracción (2).
12. Sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofilares (1) de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 10 y 11, caracterizado porque los elementos
de salida (3) que se encuentran en una cara distinta a la de los
elementos de extracción (2), están en la cara opuesta de la
fibra.
13. Sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofilares (1) de acuerdo con la reivindicación 6,
caracterizado porque el elemento de salida (3) es la
superficie exterior de la fibra (6).
14. Sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofilares (1) de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 13, caracterizado porque los elementos
de extracción (2) se realizan en el interior de dichas fibras.
15. Sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofilares (1) de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 13, caracterizado porque los elementos
de extracción (2) se realizan en el exterior de dichas fibras.
16. Sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofilares (1) de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 13, caracterizado porque los elementos
de extracción (2) se realizan tanto en el interior como en el
exterior de dichas fibras.
\newpage
17. Sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofilares (1) de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 15 y 16, caracterizado porque los elementos
de extracción (2) en el exterior de dichas fibras se incorpora
mediante un pegado.
18. Sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofilares (1) de acuerdo con la reivindicación 17,
caracterizado porque los elementos de extracción (2) en el
exterior de dichas fibras se incorpora mediante un pegado de calidad
óptica.
19. Sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofilares (1) de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 13, caracterizado porque se incluye un
tratamiento antirreflejante en los elementos de extracción (2).
20. Sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofilares (1) de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 13, caracterizado porque se incluye un
tratamiento especular en los elementos de extracción (2).
21. Sistema para la extracción de luz en fibras
ópticas monofilares (1) de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 13, caracterizado porque se incluye un
tratamiento antirreflejante y un tratamiento especular en los
elementos de extracción (2).
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| ES200701115A ES2338079B1 (es) | 2007-04-25 | 2007-04-25 | Sistema para la extraccion de luz en fibras opticas monofilares. |
| PCT/ES2008/000284 WO2008132257A1 (es) | 2007-04-25 | 2008-04-24 | Sistema para la extracción de luz en fibras ópticas monofilares |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| ES200701115A ES2338079B1 (es) | 2007-04-25 | 2007-04-25 | Sistema para la extraccion de luz en fibras opticas monofilares. |
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| Publication Number | Publication Date |
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| ES2338079A1 ES2338079A1 (es) | 2010-05-03 |
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Family
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|---|---|---|---|
| ES200701115A Active ES2338079B1 (es) | 2007-04-25 | 2007-04-25 | Sistema para la extraccion de luz en fibras opticas monofilares. |
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- 2007-04-25 ES ES200701115A patent/ES2338079B1/es active Active
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2008
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