ES2346395B1 - Reflector de revolucion con estructura facetada basada en el numero aureo. - Google Patents
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Abstract
Reflector de revolución con estructura facetada
basada en el número áureo.
La presente invención consiste en un reflector
de revolución que presenta una superficie interna con una estructura
constituida por facetas dispuestas según una distribución basada en
el número Phi, lo que proporciona una estructura de facetas
no regular (no ordenada), sin alineamiento radial ni simetría de
revolución. Ello mejora la uniformidad de la luz proyectada, puesto
que aumenta la destrucción de la imagen de la fuente de luz y reduce
la imagen de la propia estructura facetada.
Description
Reflector de revolución con estructura facetada
basada en el número áureo.
La presente invención consiste en un reflector
de revolución para iluminación que presenta una superficie interna
con una estructura constituida por facetas dispuestas según una
distribución basada en el número áureo, también denominado número
Phi, \Phi = (1+5^{1/2})/2 \approx 1.618. Esta
estructura presenta una distribución de facetas no regular (no
ordenada), sin alineamiento radial ni simetría de revolución, que
mejora las propiedades fotométricas, proporcionando mayor
uniformidad de la luz proyectada, libre de la imagen de la fuente de
luz, y libre de sombras radiales y sombras en anillo propias de la
estructura de facetas.
\vskip1.000000\baselineskip
Un reflector dirige de manera controlada la luz
que es generada por una fuente luminosa, posibilitando una adecuada
iluminación del objeto a iluminar -uniformidad, distribución y
niveles de iluminancia-. Generalmente, los reflectores están
constituidos por superficies de revolución basadas en curvas con
perfil parabólico, elíptico o variantes de ellas. Sin embargo, toda
fuente de luz encendida emite luz espacial y angularmente de manera
no uniforme. Es decir, existen contrastes de luminancia en la fuente
de luz que pueden repercutir negativamente en la distribución de la
luz proyectada. Un reflector de revolución con un acabado
superficial totalmente liso y espejado produce, probablemente, con
una lámpara halógena, sombras debido a la imagen proyectada de la
espira de wolframio de la lámpara, y, con una lámpara de descarga,
el alambre que sujeta el quemador.
Existen principalmente dos estrategias que
evitan este fenómeno y proporcionan un patrón de luminancia
uniforme, libre de imágenes y sombras. La primera es utilizar una
superficie que no tenga reflexión completamente especular, es decir,
una superficie reflexiva con una componente difusa -superficie mate
o semimate-. Por consiguiente, la superficie del reflector no actúa
como un espejo y no se forma imagen. Por contra, no hay un control
óptimo de la orientación de la luz ni de la distribución de
intensidad. Además, la eficiencia del sistema suele ser menor debido
a que es incrementado el número de reflexiones en el reflector.
Otro método que permite la destrucción de la
imagen de la fuente de luz, usado en la mayor parte de los
reflectores actuales de altas prestaciones, consiste en conferir en
la superficie del reflector una estructura regular constituida por
facetas dispuesta según una distribución ordenada. Existen varios
tipos de ordenamiento de estas facetas. En la Figura 1a, 1b y 1c
ilustramos las distribuciones típicas. Cada punto representa la
posición de la faceta en una vista de un plano perpendicular al eje
de revolución del reflector. La Figura 1a muestra una distribución
típica con un alineamiento radial de facetas que constituyen anillos
distintos. En la Figura 1b existe un desfase angular entre facetas
de anillos distintos, mientras que en la Figura 1c se obtiene un
alineamiento radial de facetas entre anillos vecinos de sus vecinos
-desfase angular igual a la mitad del periodo angular-.
Estas distribuciones de facetas permiten la
destrucción de la imagen de la fuente luminosa y un control de la
distribución de luz. Sin embargo, la propia estructura facetada
regular puede provocar sombras como resultado de la superposición de
la imagen que forma cada faceta. En particular, estas estructuras
son susceptibles a presentar:
- \bullet
- sombras radiales, debido a que todas estas estructuras tienen un alineamiento u ordenación radial de facetas,
- \bullet
- y/o sombras en anillo, debido a que todas las estructuras tienen una simetría de revolución con respecto al eje de revolución del reflector.
\vskip1.000000\baselineskip
La presente invención consiste en un reflector
de revolución que presenta una superficie interna con una estructura
constituida por facetas dispuestas según una distribución basada en
el número áureo (Figura 1d), también denominado número Phi,
\Phi = (1 + 5^{1/2})/2 \approx 1.618, que presenta una
distribución de facetas no regular (no ordenada), sin alineamiento
radial ni simetría de revolución. Como consecuencia, aumenta la
destrucción de la imagen de la fuente luminosa y reduce la imagen de
la propia estructura facetada, proporcionando un patrón luminoso
libre de sombras radiales (estrías) y sombras en anillo. Por ello,
mejora la uniformidad de la luz proyectada.
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación señalamos las ventajas de la
presente invención, siendo éstas meramente enunciativas y no
limitativas de la misma:
- \bullet
- Mayor grado de destrucción de la imagen de la fuente de luz, puesto que con la estructura facetada propia de la invención no se presentan planos o direcciones preferentes de la luz proyectada. Con ello, el desorden en la disposición de las facetas proporciona una alta destrucción de la imagen formada.
- \bullet
- Reducción de aparición de sombras radiales en el patrón de luminancia de la luz proyectada propias de la estructura facetada del reflector, dado que tal estructura no presenta alineamiento radial.
- \bullet
- Reducción de la aparición de sombras en anillo en el patrón de luminancia propias de la estructura facetada del reflector, dado que tal estructura no presenta simetría de revolución.
\vskip1.000000\baselineskip
Para una mejor comprensión de la presente
memoria se acompañan los dibujos adjuntos que muestran ejemplos de
realización, no limitativo, del objeto de la invención y en los
que:
Figura 1. Se muestran distintas distribuciones
de facetas en una vista de un plano perpendicular al eje z de
revolución, en donde cada punto representa una faceta. Todas las
distribuciones tienen el mismo número de facetas. En la Figuras 1a,
1b y 1c se muestras tres distribuciones típicas. Éstas tienen un
ordenamiento radial y simetría de revolución. La Figura 1d
representa una distribución basada en el número Phi, \Phi,
propia de la invención. Esta no presenta ordenamiento radial ni
simetría de revolución por lo que mejora las características
fotométricas de la luz proyectada.
Figura 2. Se representa la superficie P
resultante de la revolución de la curva perfil P(r) propia
del reflector respecto al eje del reflector z. También es
representada una superficie S_{i} que contribuye en la
formación de la estructura superficial interna del reflector. El
punto de tangencia entre las superficies P y S_{i}
tiene lugar en P_{i} \equiv (r_{i} cos\phi_{i}, r_{i}
sen\phi_{i}, P(r_{i})).
Figura 3. Se representa una disposición basada
en el número Phi, propia de la invención, en donde cada punto
representa el punto P_{i} de tangencia entre la superficie
P y la superficie S_{i}. Son señalado en negrita
tres puntos arbitrarios consecutivos, P_{i-1},
P_{i} y P_{i-1}. Todos los puntos P_{i}
cumplen que r_{i-1} \leq r_{i} \leq
r_{i-1} y \phi_{i+1} = \phi_{i} +
\phi_{\Phi}, siendo \phi_{\Phi} el Ángulo Áureo.
Figura 4. Se muestra la disposición de una
superficie esférica E_{i} que es tangente a la curva perfil
P(r) en el punto P_{i}, la cual contribuye a la formación
de una estructura facetada con una distribución propia de la
invención para el caso particular de estar constituido por facetas
con superficies esféricas.
Figura 5. Para el caso particular de un
reflector objeto de la invención constituido por facetas con
superficies estéricas, se muestra un conjunto de cinco esferas
arbitrarias consecutivas {E_{i}, E_{i+1}, E_{i+2}, E_{i+3},
E_{i+4}}. Todas ellas son tangentes a la curva perfil P(r)
en P_{i} \equiv (r_{i} cos\phi_{i}, r_{i}
sen\phi_{i}, P(r_{i})) y cumplen que r_{i} \leq
r_{i+1}.
Figura 6. Se muestra la proyección de tres
superficies esféricas arbitrarias consecutivas
E_{i-1}, E_{i} y E_{i+1} en un plano
perpendicular al eje z del reflector. Se muestra que el
ángulo que forma la proyección de dos puntos de tangencia
consecutivos P_{i} y P_{i+1} en un plano perpendicular al eje
z del reflector con respecto al origen es constante e igual
al Ángulo Áureo, \phi_{\Phi}.
Figura 7. Es presentada una geometría
tridimensional resultante de posicionar superficies esféricas de
acuerdo a una distribución basada en el número Phi propia de
la presente invención, para el caso particular de superficies
esféricas.
Figura 8. Es mostrado un reflector final para el
caso particular de superficies esféricas, resultante de efectuar un
corte de revolución a la geometría presentada en la Figura 7, lo que
proporciona una superficie lisa en las caras externas del reflector
y una estructura facetada característica de la invención en la cara
interna del reflector.
Figura 9. Es presentada una vista en planta de
un reflector objeto de la invención.
Figura 10. Se muestra una vista lateral de un
cuarto de reflector objeto de la invención para el caso de facetas
esféricas resultante de un corte por el plano YOZ y otro
corte por el plano XOZ.
\vskip1.000000\baselineskip
La presente invención consiste en un reflector
de revolución que presenta una superficie interna con una estructura
constituida por facetas dispuestas según una distribución basada en
el Número Áureo (Figura 1d), que presenta una disposición de facetas
no regular (no ordenada), sin alineamiento radial ni simetría de
revolución. Como consecuencia, ofrece un mayor grado de destrucción
de la imagen de la fuente, puesto que la estructura no presenta
planos o direcciones preferentes al ser una disposición de facetas
no ordenada, y reduce la imagen de la propia estructura facetada
proporcionando un patrón luminoso libre de sombras radiales y
sombras en anillo. Por ello, presenta una mayor uniformidad de la
luz proyectada.
Sea P la superficie con simetría de
revolución respecto al eje z resultante de la revolución de
la curva perfil P(r) correspondiente al reflector. Por otro
lado, sea S_{i} una superficie tal que es tangente a la
superficie P en el punto P_{i}. En la Figura 2 se
representan las superficies P y S_{i}.
El conjunto de superficies
{S_{i}}_{i} - 1, ..., N que determinan la distribución de
facetas en la parte interna del reflector propio de la invención,
son tangentes a la superficie P, con punto de tangencia en el
punto P_{i} \equiv (r_{i} cos\phi_{i}, r_{i}
sen\phi_{i}, P(r_{i})), y satisfacen que
\phi_{i+1} =
\phi_{i} +
\phi_{\Phi}
y
r_{i-1} \geq
r_{i}, para i = 1, ...,
N-1,
siendo N el número de superficies
que constituye la estructura facetada, \phi_{\Phi} el Ángulo
Áureo \equiv 2\pi-(2\pi/\Phi) \approx 2,4 radianes
\approx 137,50 grados, y \Phi el Número Áureo, \Phi \equiv
(1 + 5^{1/2})/2 \approx 1.618. La anterior condición queda
ilustrada en la Figura
3.
\vskip1.000000\baselineskip
Para una mejor comprensión del objeto de la
invención, a continuación se detalla la descripción y el proceso de
generación de una realización particular para el caso de una
estructura facetada compuesta por superficies esféricas. En primer
lugar, es definida la curva perfil P(r) (Figura 4).
Posteriormente, son posicionadas superficies esféricas
{E_{i}}_{i} = 1, ..., N a lo largo de la curva perfil P(r), tangentes a ésta (Figura 5). Cada esfera E_{i} es girada i veces el Ángulo Áureo \phi_{\Phi} respecto al eje z del reflector (Figura 6). De esta forma es obtenida la estructura interna del reflector característico de la invención (Figura 7). Para obtener el reflector final es necesario realizar un corte de revolución a fin de generar una superficie lisa en las superficies externas del reflector (Figura 8).
{E_{i}}_{i} = 1, ..., N a lo largo de la curva perfil P(r), tangentes a ésta (Figura 5). Cada esfera E_{i} es girada i veces el Ángulo Áureo \phi_{\Phi} respecto al eje z del reflector (Figura 6). De esta forma es obtenida la estructura interna del reflector característico de la invención (Figura 7). Para obtener el reflector final es necesario realizar un corte de revolución a fin de generar una superficie lisa en las superficies externas del reflector (Figura 8).
El caso particular de un reflector con
estructura facetada propia de la invención constituida por planos es
un caso límite que se obtiene cuando los radios de las esferas
E_{i} tienden a infinito.
Claims (3)
1. Reflector de revolución con estructura
facetada basada en el Número Áureo capaz de ofrecer un patrón de
luminancia de la luz proyectada uniforme, caracterizado por
presentar una distribución de facetas internas no regular, sin
alineamiento radial ni simetría de revolución, constituida por una
secuencia de superficies {S_{i}}_{i} = 1, ..., N
tangentes a la superficie P resultante de la revolución de la
curva perfil P(r) propia del reflector respecto a su eje de
revolución en el punto P_{i} \equiv (r_{i} cos\phi_{i},
r_{i} sen\phi_{i}, P(r_{i})), de forma que
\phi_{i+1} = \phi_{i} + \phi_{\Phi} y r_{i+1} \geq
r_{i}, para i = 1, ..., N-1, siendo N el número de
superficies S_{i} que constituyen la estructura
facetada,\phi_{\Phi} el Ángulo Áureo \equiv
2\pi-(2\pi/\Phi) \approx 2,4 radianes \approx 137,50
grados, y \Phi el Número Áureo, \Phi = (1 + 5^{1/2})/2
\approx 1.618.
2. Reflector de revolución con estructura
facetada basada en el Número Áureo capaz de ofrecer un patrón de
luminancia de la luz proyectada uniforme según la reivindicación
primera caracterizado por que la estructura facetada interna
del reflector está constituida por superficies esféricas.
3. Reflector de revolución con estructura
facetada basada en el Número Áureo capaz de ofrecer un patrón de
luminancia de la luz proyectada uniforme según la reivindicación
segunda caracterizado por que los radios de una o varias
superficies esféricas tienden a infinito, por consiguiente, son
superficies planas.
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