ES2937819T3 - Un dispositivo óptico para modificar una distribución de luz - Google Patents

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Abstract

Un dispositivo óptico (201) comprende una lente (205) que tiene una superficie de entrada de luz (206) y una superficie de salida de luz (207). La superficie de entrada de luz comprende una o más proyecciones en forma de V en un área central (208) de la superficie de entrada de luz y la superficie de entrada de luz está libre de esquinas en áreas (209) fuera del área central. Cada proyección en forma de V tiene una forma tal que se produce una penetración en la superficie cuando un haz de luz llega a una superficie lateral de la proyección en forma de V y se produce una reflexión interna total cuando el haz de luz llega a la otra superficie lateral de la V- proyección en forma. Por lo tanto, los rayos de luz que llegan oblicuamente emitidos por áreas de borde de una superficie emisora de luz (213) de una fuente de luz (202) se mezclan mejor con los rayos de luz emitidos por otras áreas de la superficie emisora de luz. Por lo tanto, (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Un dispositivo óptico para modificar una distribución de luz
Campo de la divulgación
La descripción se refiere en términos generales a la ingeniería de iluminación. Más particularmente, la divulgación se refiere a un dispositivo óptico para modificar la distribución de luz producida por una fuente de luz que puede comprender, por ejemplo, pero no necesariamente, uno o más diodos emisores de luz "LED".
Antecedentes
La distribución de la luz producida por una fuente de luz puede ser importante o incluso crítica en algunas aplicaciones. La fuente de luz puede comprender, por ejemplo, pero no necesariamente, uno o más diodos emisores de luz LED", una o más lámparas de filamento, o una o más lámparas de descarga de gas. La distribución de la luz producida por una fuente de luz se puede modificar con dispositivos ópticos tales como lentes, reflectores y dispositivos combinados lente-reflector que comprenden secciones que actúan como lentes y secciones que actúan como reflectores. La figura 1 muestra una vista en sección de un ejemplo de dispositivo óptico 101 según el estado de la técnica para modificar la distribución de luz emitida por una fuente de luz 102. El dispositivo óptico 101 puede ser por ejemplo un elemento alargado de modo que la sección que se muestra en la figura 1 sea una sección transversal del dispositivo óptico 101 y la sección transversal sea la misma a lo largo de una dirección longitudinal paralela al eje z de un sistema de coordenadas 199. En otro ejemplo, el dispositivo óptico 101 puede ser rotacionalmente simétrico con respecto al eje y del sistema de coordenadas 199. En este caso ilustrativo, la fuente de luz 102 es un diodo emisor de luz que comprende una parte semiconductora 103 que emite luz azul y un fósforo amarillo 104 que convierte la luz azul en luz que tiene una pluralidad de longitudes de onda.
En muchos casos, la fuente de luz 102 no es ideal, de modo que la luz emitida por el área central de una superficie de emisión de luz "LES" (por sus siglas en inglés) de la fuente de luz 102 tiene una distribución de longitudes de onda diferente a la luz emitida por las áreas del borde de la superficie de emisión de luz. Normalmente, las longitudes de onda correspondientes al azul dominan en la luz emitida por el área central, mientras que las longitudes de onda correspondientes al amarillo dominan en la luz emitida por las áreas de los bordes. La luz emitida por las áreas entre el área central mencionada anteriormente y las áreas de los bordes puede ser blanca, es decir, tener una mezcla equilibrada de diferentes longitudes de onda. En la figura 1, un haz de luz de ejemplo emitido por el área central se representa con la referencia 151, un haz de luz de ejemplo emitido por un área de borde se representa con la referencia 152 y un haz de luz de ejemplo emitido por un área entre las previamente mencionadas área central y área de los bordes se representa con la referencia 153.
Debido a que muchas fuentes de luz no son ideales en la forma descrita anteriormente, normalmente se desea que el dispositivo óptico 101 mezcle componentes de luz emitidos por diferentes áreas de la superficie de emisión de luz de la fuente de luz 102. Especialmente, los haces de luz que llegan oblicuamente emitidos por las áreas del borde de la superficie emisora de luz, como el haz de luz 152, son difíciles de controlar de manera que se consiga una mezcla deseada de diferentes longitudes de onda en todo el patrón de distribución de la luz. Por lo general, se desea que la mezcla de diferentes longitudes de onda sea tal que la luz sea blanca. Un enfoque conocido para resolver el problema mencionado anteriormente es proporcionar una superficie de entrada de luz y/o una superficie de salida de luz de un dispositivo óptico con texturas y/o rugosidad para mezclar componentes de luz que tienen diferentes longitudes de onda. Los inconvenientes de las texturas y la rugosidad es que reducen la eficiencia del dispositivo óptico al reflejar la luz hacia atrás, hacia la fuente de luz. Además, las texturas y la rugosidad pueden dispersar la luz en direcciones no deseadas y, por lo tanto, la forma del patrón de distribución de la luz se desvía de la forma deseada.
La publicación US20100006877 describe un paquete de diodos emisores de luz LED que comprende un soporte, un chip LED y una lente. Se dispone el chip LED en el portador. La lente se dispone sobre el soporte y encima del chip LED. Se forma un espacio entre el chip LED y la lente. La lente tiene una primera superficie, una segunda superficie, un saliente y al menos un anillo saliente. La primera superficie mira hacia el chip LED. La segunda superficie es opuesta a la primera superficie. El saliente está situado en la primera superficie. El anillo que sobresale está ubicado en la primera superficie y rodea el saliente.
Sumario
A continuación, se presenta un resumen simplificado para proporcionar una comprensión básica de algunos aspectos de diversas realizaciones de la invención. El resumen no es una visión general extensa de la invención. No pretende identificar elementos clave o críticos de la invención ni definir el alcance de la invención. El siguiente resumen presenta simplemente algunos conceptos de la invención de forma simplificada como preludio de una descripción más detallada de ejemplos de realización de la invención.
En este documento, la palabra "geométrico" cuando se usa como prefijo significa un concepto geométrico que no es necesariamente parte de ningún objeto físico. El concepto geométrico puede ser, por ejemplo, un punto geométrico, una línea geométrica recta o curva, un plano geométrico, una superficie geométrica no plana, un espacio geométrico o cualquier otra entidad geométrica de dimensión cero, uni, bidimensional o tridimensional.
De acuerdo con la invención, se proporciona un nuevo dispositivo óptico para modificar la distribución de luz producida por una fuente de luz.
El dispositivo óptico según la invención está hecho de material transparente, y el dispositivo óptico comprende una lente que tiene una superficie de entrada de luz y una superficie de salida de luz. La superficie de entrada de luz comprende una o más proyecciones en forma de V en un área central de la superficie de entrada de luz, y la superficie de entrada de luz está libre de esquinas en áreas fuera del área central. Cada proyección en forma de V tiene una forma tal que se produce una penetración en la superficie cuando un haz de luz llega a una superficie lateral de la proyección en forma de V y se produce una reflexión interna total (TIR por sus siglas en inglés) en respuesta a una situación en la cual el haz de luz previamente mencionado llega a la otra superficie lateral de la proyección en forma de V en consideración. El área superficial del área central mencionada anteriormente de la superficie de entrada de luz de la lente es como máximo el 30 % del área superficial de las áreas mencionadas anteriormente fuera del área central.
Las una o más proyecciones en forma de V dirigen especialmente los haces de luz que llegan oblicuamente emitidos por las áreas del borde de una superficie emisora de luz “LES” de una fuente de luz hacia el área central de un patrón de distribución de luz. De este modo, los haces de luz que llegan oblicuamente emitidos por las áreas de los bordes se mezclan mejor con los rayos de luz emitidos por otras áreas de la superficie emisora de luz. Por lo tanto, se reducen las variaciones de color no deseadas dentro del patrón de distribución de luz.
De acuerdo con la invención, también se proporciona una nueva lámpara que comprende:
- una fuente de luz y
- un dispositivo óptico según la invención para modificar la distribución de la luz emitida por la fuente de luz. La superficie emisora de luz de la fuente de luz está situada simétricamente con respecto al área central de la superficie de entrada de luz de la lente del dispositivo óptico. La fuente de luz puede ser, por ejemplo, un diodo emisor de luz o LED.
De acuerdo con la invención, también se proporciona un nuevo molde que tiene una forma adecuada para fabricar, por moldeo, una pieza de material transparente, por ejemplo, de plástico, que tiene la forma de un dispositivo óptico según la invención.
En las reivindicaciones dependientes adjuntas se describen diversas realizaciones a modo de ejemplo y no limitativas.. Se entenderán mejor realizaciones de ejemplo y no limitativas, tanto en cuanto a construcciones como a métodos de operación, junto con objetos adicionales y ventajas de los mismos, a partir de la siguiente descripción de realizaciones de ejemplos específicos cuando se lee junto con los dibujos adjuntos.
Los verbos "comprender" e "incluir" se utilizan en este documento como limitaciones abiertas que ni excluyen ni requieren la existencia de características no enumeradas. Las características enumeradas en las reivindicaciones dependientes se pueden combinar libremente entre sí a menos que se indique explícitamente lo contrario. Además, debe entenderse que el uso de "uno" o "una", es decir, una forma singular, a lo largo de este documento no excluye la pluralidad.
Breve descripción de las figuras
Las realizaciones ilustrativas y no limitativas y sus ventajas se explican con mayor detalle a continuación con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 ilustra un dispositivo óptico según la técnica anterior para modificar una distribución de luz,
la figura 2 ilustra un dispositivo óptico según una realización de ejemplo y no limitativa para modificar una distribución de luz, y
las figuras 3a-3c ilustran dispositivos ópticos según realizaciones de ejemplo y no limitativas para modificar una distribución de luz.
La figura 1 ya se ha explicado en la sección Antecedentes de este documento.
Descripción de realizaciones ejemplificativas y no limitativas
Los ejemplos específicos proporcionados en la descripción dada a continuación no deben interpretarse como limitantes del alcance y/o la aplicabilidad de las reivindicaciones adjuntas. Las listas y grupos de ejemplos proporcionados en la descripción dada a continuación no son exhaustivos a menos que se indique explícitamente lo contrario.
La figura 2 muestra una vista en sección de un dispositivo óptico 201 según una realización de ejemplo y no limitativa para modificar la distribución de luz emitida por una fuente de luz 202. El plano de sección geométrica es paralelo al plano xy de un sistema de coordenadas 299. El dispositivo óptico 201 puede ser, por ejemplo, un elemento alargado de modo que la sección que se muestra en la figura 2 sea una sección transversal del dispositivo óptico 201 y la sección transversal sea la misma en una dirección longitudinal paralela al eje z del sistema de coordenadas 299. En otro ejemplo, el dispositivo óptico 201 puede ser rotacionalmente simétrico con respecto al eje y del sistema de coordenadas 299. El dispositivo óptico 201 está hecho de material transparente cuyo índice de refracción es mayor de uno. El material transparente puede ser, por ejemplo, plástico acrílico, policarbonato, silicona óptica o vidrio. Un método de fabricación del dispositivo óptico 201 puede ser, por ejemplo, el moldeo. En el caso de ejemplo que se muestra en la figura 2, la fuente de luz 202 es un diodo emisor de luz o LED que comprende una parte semiconductora 203 que emite luz azul y fósforo amarillo 204 que convierte la luz azul en luz que tiene una pluralidad de longitudes de onda.
El dispositivo óptico 201 comprende una lente 205 que tiene una superficie de entrada de luz 206 y una superficie de salida de luz 207. La superficie de entrada de luz 206 comprende proyecciones en forma de V en un área central 208 de la superficie de entrada de luz 206, y la superficie de entrada de luz 206 está libre de esquinas en las áreas 209 fuera del área central 208.
En el ejemplo de dispositivo óptico 201 ilustrado en la figura 2, la superficie de entrada de luz 206 es convexa en las áreas 209 fuera del área central 208. También es posible que la superficie de entrada de luz 206 sea cóncava o plana en las áreas 209 fuera del área central 208. La vista en sección que se muestra en la figura 2 muestra dos proyecciones en forma de V una al lado de la otra, de modo que hay un hueco en forma de V entre las proyecciones en forma de V. En un caso ilustrativo en el que el dispositivo óptico 201 es un elemento alargado cuya sección transversal es la misma en una dirección longitudinal paralela al eje z del sistema de coordenadas 299, el dispositivo óptico 201 comprende dos proyecciones en forma de V que se extienden en la dirección z del sistema de coordenadas 299. En otro caso ilustrativo de ejemplo en el que el dispositivo óptico 201 es rotacionalmente simétrico con respecto al eje y del sistema de coordenadas 299, el dispositivo óptico 201 comprende una arista en forma de anillo de forma que la vista en sección que se muestra en la figura 2 presenta las dos proyecciones en forma de V.
En la figura 2, los haces de luz del ejemplo se representan con líneas discontinuas con punta de flecha. Como se ilustra en la figura 2 , se produce una penetración en la superficie cuando un haz de luz llega a una superficie lateral de cada proyección en forma de V y se produce una reflexión interna total o TIR en respuesta a una situación en la que el haz de luz llega a la otra superficie lateral de la proyección en forma de V en consideración. Las proyecciones en forma de V dirigen especialmente los haces de luz que llegan oblicuamente emitidos por las áreas del borde de la superficie de emisión de luz LES 213 de la fuente de luz 202 hacia un área central de un patrón de distribución de luz. Así, los haces de luz que llegan oblicuamente emitidos por las áreas del borde se mezclan mejor con los haces de luz emitidos por otras áreas de la superficie emisora de luz 213. Por lo tanto, se reducen las variaciones de color no deseadas dentro del patrón de distribución de luz.
El dispositivo óptico de ejemplo 201 ilustrado en la figura 2 comprende una sección reflectora 210 que bordea la lente 205. La sección reflectora 210 comprende una superficie de entrada de luz 211 limítrofe con la superficie de entrada de luz 206 de la lente 205. La sección reflectora 210 comprende una superficie reflectora 212 para la luz reflectante que llega a través de la superficie de entrada de luz 211 de la sección reflectora 210 de modo que se produce una reflexión interna total TIR en la superficie reflectora 212. En el caso del ejemplo en el que el dispositivo óptico 201 es un elemento alargado cuya sección transversal es la misma en una dirección longitudinal paralela al eje z del sistema de coordenadas 299, la sección reflectora 210 está a ambos lados de la lente 205. En otro caso de ejemplo en el que el dispositivo óptico 201 es rotacionalmente simétrico con respecto al eje y del sistema de coordenadas 299, la sección reflectora 210 rodea la lente 205.
En un dispositivo óptico según una realización de ejemplo y no limitativa, el área superficial del área central 208 es como máximo el 15 % del área superficial de las áreas 209 fuera del área central. En un dispositivo óptico según una realización de ejemplo y no limitativa, el área superficial del área central 208 es como máximo el 20 % del área superficial de las áreas 209 fuera del área central. En un dispositivo óptico según la invención, el área superficial del área central 208 es como máximo el 30 % del área superficial de las áreas 209 fuera del área central.
El dispositivo óptico 201 y la fuente de luz 202 constituyen una lámpara según un ejemplo de realización no limitativo. La fuente de luz 202 se sostiene mecánicamente con respecto al dispositivo óptico 201 de modo que la superficie de emisión de luz 213 de la fuente de luz 202 se ubica simétricamente con respecto al área central 208 de la superficie de entrada de luz 206.
En una lámpara según una realización de ejemplo y no limitativa, el ancho W1 del área central 208 de la superficie de entrada de luz 206 está en el intervalo de 25 % a 80 % del ancho W2 de la superficie emisora de luz 213 de la fuente de luz 202.
En una lámpara según con una realización de ejemplo y no limitativa, la distancia desde los extremos de las proyecciones en forma de V de la superficie de entrada de luz 206 a la superficie emisora de luz 213 de la fuente de luz 202 está en el intervalo de 25 % a 50 % del ancho W2 de la superficie emisora de luz 213 de la fuente de luz 202.
En una lámpara según una realización de ejemplo y no limitativa, la altura H en la dirección z de las proyecciones en forma de V de la superficie de entrada de luz 206 está en el intervalo de 5 % a 25 % del ancho W2 de la luz emisora. superficie 213 de la fuente de luz 202.
Las Figuras 3a-3c ilustran los dispositivos ópticos 301a, 301b y 301c según realizaciones de ejemplo y no limitativas para modificar una distribución de luz. El dispositivo óptico de ejemplo 301a ilustrado en la figura 3a comprende una lente 305a que tiene una superficie de entrada de luz 306a y una superficie de salida de luz 307a. La superficie de entrada de luz 306a comprende una sola proyección en forma de V en el área central 308a de la superficie de entrada de luz 306a, y la superficie de entrada de luz 306a está libre de esquinas en las áreas 309a fuera del área central 308a. En el dispositivo óptico de ejemplo 301a, la superficie de entrada de luz 306a es cóncava en las áreas 309a fuera del área central 308a y la superficie de salida de luz 307a es convexa.
El dispositivo óptico de ejemplo 301b ilustrado en la figura 3b comprende una lente 305b que tiene una superficie de entrada de luz 306b y una superficie de salida de luz 307b. La superficie de entrada de luz 306b comprende dos proyecciones en forma de V en el área central 308b de la superficie de entrada de luz 306b, y la superficie de entrada de luz 306b está libre de esquinas en las áreas 309b fuera del área central 308b. En el dispositivo óptico de ejemplo 301b, la superficie de entrada de luz 306b es plana en las áreas 309b fuera del área central 308b y la superficie de salida de luz 307b es convexa.
El dispositivo óptico de ejemplo 301c ilustrado en la figura 3c comprende una lente 305c que tiene una superficie de entrada de luz 306c y una superficie de salida de luz 307c. La superficie de entrada de luz 306c comprende tres proyecciones en forma de V en el área central 308c de la superficie de entrada de luz 306c, y la superficie de entrada de luz 306c está libre de esquinas en las áreas 309c fuera del área central 308c. En el dispositivo óptico de ejemplo 301c, la superficie de entrada de luz 306c es convexa en las áreas 309c fuera del área central 308c y la superficie de salida de luz 307c es plana.
Los ejemplos específicos proporcionados en la descripción dada anteriormente no deben interpretarse como limitantes del alcance y/o la aplicabilidad de las reivindicaciones adjuntas. Las listas y grupos de ejemplos proporcionados en la descripción anterior no son exhaustivos a menos que se indique explícitamente lo contrario.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo óptico (201,301a-301c) para modificar una distribución de luz, que está hecho de material transparente y comprende una lente (205, 305) que tiene una superficie de entrada de luz (206, 306a-306c) y una superficie de salida de luz. (207, 307a-307b), en el que la superficie de entrada de luz comprende una o más proyecciones en forma de V en el área central (208, 308a-308c) de la superficie de entrada de luz y la superficie de entrada de luz está libre de esquinas en las áreas (209, 309a-309c) fuera del área central, cada proyección en forma de V tiene una forma tal que se produce una penetración en la superficie cuando un haz de luz llega a una de las superficies laterales de la proyección en forma de V y se produce una reflexión interna total en respuesta a una situación en la que el haz de luz llega a otra de las superficies laterales de la proyección en forma de V en consideración, caracterizado por que el área superficial del área central (208, 308a-308c) de la superficie de entrada de luz de la lente es como máximo el 30 % del área superficial de las áreas (209, 309a-309c) fuera del área central.
2. Un dispositivo óptico según la reivindicación 1, en el que el área central (208) de la superficie de entrada de luz de la lente comprende al menos dos proyecciones en forma de V una al lado de la otra, de modo que hay un rebaje o hendidura en forma de V entre las zonas adyacentes de las proyecciones en forma de V.
3. Un dispositivo óptico según las reivindicaciones 1 o 2, que comprende además una sección reflectora (210) que bordea la lente, que comprende una superficie de entrada de luz (211) limítrofe con la superficie de entrada de luz de la lente y una superficie reflectora (212) para reflejar la luz que llega a través de la superficie de entrada de luz de la sección del reflector.
4. Un dispositivo óptico según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que la superficie de entrada de luz (206, 306c) de la lente es convexa en las áreas fuera del área central.
5. Un dispositivo óptico según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que la superficie de entrada de luz (306a) de la lente es cóncava en las áreas fuera del área central.
6. Un dispositivo óptico según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que la superficie de entrada de luz (306b) de la lente es plana en las áreas fuera del área central.
7. Un dispositivo óptico según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que la superficie de salida de luz (307a, 307b) de la lente es convexa.
8. Un dispositivo óptico según cualquiera de las reivindicaciones 1 -6 , en el que la superficie de salida de luz (307c) de la lente es plana.
9. Un dispositivo óptico según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, que es una pieza alargada del material transparente de manera que la forma de la sección transversal de la pieza alargada es la misma a lo largo de la dirección longitudinal de la pieza alargada.
10. Un dispositivo óptico según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, que es rotacionalmente simétrico con respecto a un eje geométrico que cruza el área central de la superficie de entrada de luz de la lente y un punto central de la superficie de salida de luz de la lente.
11. Un dispositivo óptico según cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en el que el material transparente es uno de los siguientes: plástico acrílico, policarbonato, silicona óptica, vidrio.
12. Una lámpara que comprende:
- una fuente de luz (202), y
- un dispositivo óptico (201) según cualquiera de las reivindicaciones 1-11 para modificar la distribución de luz emitida por la fuente de luz,
en la que la superficie emisora de luz (213) de la fuente de luz está situada simétricamente con respecto al área central (208) de la superficie de entrada de luz de la lente (205) del dispositivo óptico.
13. Una lámpara según la reivindicación 12, en el que el ancho (W1) del área central (208) de la superficie de entrada de luz de la lente está en un intervalo del 25 % al 80 % del ancho (W2) de la superficie emisora de luz (213) de la fuente de luz.
14. Un molde que tiene una forma adecuada para fabricar, por moldeo, una pieza transparente que constituye un dispositivo óptico según cualquiera de las reivindicaciones 1-11.
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