ES2938284T3 - Guía de luz - Google Patents

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Abstract

Se divulga una guía de luz para luminarias. En algunas realizaciones, la guía de luz está orientada para recibir luz de una fuente de luz puntual en una superficie receptora de luz configurada para refractar la luz entrante en ángulos para permitir la reflexión interna total (TIR) de la luz por el cuerpo de la guía de luz sin pérdida de luz. . Un pie en la parte inferior del cuerpo de la guía de luz incluye una primera cara inclinada desde donde se extrae una parte de la luz hacia abajo hacia un plano de trabajo en una distribución batwing y una segunda cara inclinada y una cara de retorno desde donde se extrae hacia arriba la luz restante. . (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Guía de luz
Referencia a solicitudes relacionadas
Esta solicitud reivindica la prioridad y el beneficio de la solicitud de patente provisional de Estados Unidos n.° 62/621.822, presentada el 25 de enero de 2018.
Campo técnico
La presente invención se refiere a guías de luz para luminarias.
Antecedentes
Las luminarias que utilizan fuentes de luz puntuales tales como diodos emisores de luz (LED) utilizan guías de luz para recibir luz desde la fuente de luz puntual y guían la luz para extraerla desde los elementos de extracción de la guía de luz de una manera controlada. El documento US 2011/0063870 A1 divulga la combinación de características enumeradas en el preámbulo de la reivindicación 1.
Un objetivo en la iluminación es proporcionar una iluminancia uniforme en un plano de trabajo, lo que puede lograrse proporcionando una distribución de iluminación conocida en la técnica como distribución de "ala de murciélago". Otro objetivo de la iluminación es eliminar o reducir el deslumbramiento. El deslumbramiento es un efecto de la luminancia en ángulos verticales elevados que puede causar molestias visuales a los usuarios.
La luminancia de una luminaria se determina dividiendo la intensidad luminosa por el área proyectada en un ángulo particular.
Otro objetivo en la iluminación es emitir una luz visualmente homogénea. La luz se desplaza a través de la guía de luz a modo de reflexión interna total hasta que se extrae. En las guías de luz convencionales, la luz se refleja internamente a través de la guía en una trayectoria lineal ininterrumpida en el plano perpendicular a la normal de los lados planos de la guía de luz. En las guías de luz convencionales, cuando la luz es extraída por elementos de extracción, la luz puede aparecer al observador como líneas de luz visibles indeseables que emanan de las fuentes de luz. La definición visual de estas líneas, o "iluminación frontal", puede variar según el tipo de elementos de extracción utilizados, la distancia entre los elementos de extracción y la(s) fuente(s) de luz, y el ancho o espesor de la guía de luz. Es deseable reducir o eliminar estas líneas visibles de luz y emitir luz que sea más homogénea visualmente a través de la superficie emisora.
Breve descripción de los dibujos
En los dibujos que muestran realizaciones no limitativas de la invención:
La figura 1 es una vista frontal de una guía de luz de acuerdo con una realización de la invención;
La figura 2 es una vista inferior de una guía de luz de la realización mostrada en la figura 1;
La figura 3 es una vista de extremo de una guía de luz de la realización mostrada en la figura 1;
La figura 4 muestra trayectorias de rayos de luz de ejemplo reflejados internamente dentro y extraídos de un pie de una guía de luz de la realización mostrada en la figura 1 desde una vista de extremo;
La figura 5 muestra trayectorias de rayos de luz de ejemplo emitidos por una fuente de luz y transmitidos a una superficie receptora de luz de una guía de luz de la realización mostrada en la figura 1 desde una vista isométrica superior en primer plano;
La figura 6 muestra trayectorias de rayos de luz de ejemplo emitidos por una fuente de luz y transmitidos a una superficie receptora de luz de una guía de luz de la realización mostrada en la figura 1 desde una vista frontal en primer plano;
La figura 7 muestra trayectorias de rayos de luz de ejemplo emitidos por una fuente de luz y reflejados internamente dentro y extraídos de un pie de una guía de luz de la realización mostrada en la figura 1 desde una vista frontal; La figura 8 muestra trayectorias de rayos de luz de ejemplo emitidos por una fuente de luz y reflejados internamente dentro y extraídos de un pie de una guía de luz de la realización mostrada en la figura 1 desde una vista isométrica frontal;
La figura 9 es un gráfico polar de la distribución de la luz que muestra cómo sale la luz desde una vista frontal de una guía de luz de la realización mostrada en la figura 1;
La figura 10 es un gráfico polar de la distribución de la luz de una guía de luz de la realización mostrada en la figura 1 desde una vista superior;
La figura 11 es un gráfico polar de la distribución de la luz que muestra cómo sale la luz desde una vista de extremo de una guía de luz de la realización que se muestra en la figura 1;
La figura 12 es un gráfico polar de la distribución de la luz que muestra cómo sale la luz desde una vista de extremo de 45 grados de una guía de luz de la realización que se muestra en la figura 1;
La figura 13 es una vista lateral de una guía de luz de acuerdo con una realización de la invención;
La figura 14 es una vista inferior de una guía de luz de la realización mostrada en la figura 13;
La figura 15 es una vista en sección transversal de extremo de una guía de luz de la realización mostrada en la figura 13;
La figura 16 muestra trayectorias de rayos de luz de ejemplo reflejados internamente dentro y extraídos de una guía de luz de la realización mostrada en la figura 13 desde una vista isométrica superior;
La figura 17 muestra trayectorias de rayos de luz de ejemplo reflejados internamente dentro y extraídos de una guía de luz de la realización mostrada en la figura 13 desde una vista lateral;
La figura 18 muestra trayectorias de rayos de luz de ejemplo reflejados internamente dentro y extraídos de una guía de luz de la realización mostrada en la figura 13 desde una vista superior parcial;
La figura 19 muestra trayectorias de rayos de luz de ejemplo reflejados internamente dentro y extraídos de una guía de luz de la realización mostrada en la figura 13 desde una vista isométrica parcial superior;
La figura 20 es un gráfico polar de la distribución de la luz de una guía de luz de la realización mostrada en la figura 13 desde una vista lateral; y
Las figuras 21A a 21C son vistas laterales parciales de varias superficies receptoras de luz de acuerdo con realizaciones de la invención, mostradas con fuentes de luz.
Descripción
A lo largo de la siguiente descripción, se exponen detalles específicos para proporcionar una comprensión más completa de la invención. Sin embargo, la invención puede practicarse sin estos detalles. En otros casos, elementos bien conocidos no se han mostrado ni descrito en detalle para evitar oscurecer innecesariamente la invención. En consecuencia, la memoria descriptiva y los dibujos deben considerarse con carácter ilustrativo y , no en un , sentido restrictivo.
El término "hacia afuera", tal como se usa en esta memoria descriptiva, se refiere a una dirección que se aleja lateralmente del cuerpo de la guía de luz.
Los términos "superior", "arriba" y "hacia arriba" como se usan en esta memoria descriptiva se refieren a una dirección hacia donde se encuentra la fuente de luz.
Los términos "inferior", "abajo" y "hacia abajo" como se usan en esta memoria descriptiva se refieren a una dirección en la que se encuentra la fuente de luz.
El término "horizontal", como se usa en esta memoria descriptiva, se refiere a una dirección paralela al plano horizontal, mientras que el término "vertical" se refiere a una dirección perpendicular al plano horizontal.
Aspectos de la invención se refieren a guías de luz orientadas verticalmente que reciben luz desde fuentes de luz puntuales en una superficie receptora de luz configurada para refractar la luz entrante en ángulos más altos para cumplir la condición de reflexión interna total (TIR) de la luz por el cuerpo de la guía de luz sin pérdida de luz. Un pie en la parte inferior del cuerpo de la guía de luz incluye una primera cara inclinada desde donde se extrae una parte de la luz hacia abajo hacia un plano de trabajo en una distribución de alta de murciélago y una segunda cara inclinada y una cara de retorno desde donde se extrae hacia arriba la luz restante.
Las figuras 1 a 3 muestran una guía de luz 100 de acuerdo con una realización de la invención. La guía de luz 100 tiene un cuerpo rectangular generalmente plano 102 con una superficie principal interna 104 y una superficie principal externa 106. La superficie principal interna 104 y la superficie principal externa 106 son lisas. El cuerpo 102 está hecho de un material transparente y rígido, tal como polimetilacrilato (PMMA) o policarbonato (PC). Visto desde un lado como se muestra en la figura 3, el cuerpo 102 se inclina hacia fuera en un ángulo y desde el plano vertical 103. En algunas realizaciones, el ángulo y no es mayor de 5 grados para mantener la TIR de la luz que ingresa a la superficie 108. En algunas realizaciones, las superficies 104 y 106 podrían curvarse ligeramente para mantener la TIR. En algunas realizaciones, las superficies 104 y 106 podrían divergir entre sí a medida que se alejan de la superficie 108 para mantener la TIR. En algunas realizaciones, el ángulo y es cero, es decir, el cuerpo 102 está orientado verticalmente.
Un borde superior 108 del cuerpo 102 está provisto de superficies receptoras de luz, en particular, ranuras separadas 110 para recibir una fuente de luz puntual 112. Las superficies de las ranuras 110 son preferentemente transparentes. Las ranuras 110 se extienden desde la superficie principal interna 104 hasta la superficie principal externa 106. En otras realizaciones, las ranuras 110 pueden extenderse solo parcialmente entre la superficie principal interna 104 y la superficie principal externa 106. Las ranuras 110 pueden tener una sección transversal parcialmente definida por formas en V redondeadas, como se muestra en la figura 1, donde la sección transversal de las ranuras 110 comprende formas en V escalonadas y redondeadas. Las figuras 5 y 6 muestran trazas de rayos de luz desde una fuente de luz 112 que se refracta en la ranura 110.
En otras realizaciones, la sección transversal de las ranuras puede consistir en formas de V redondeadas (como se muestra en la realización de las figuras 13 a 15). En otras realizaciones, la sección transversal de las ranuras puede consistir en una forma de V recta (como se muestra en la figura 21A), formas en V rectas escalonadas (como se muestra en la figura 21B), semicírculos (como se muestra en la figura 21C), y similares. En algunas realizaciones, la sección transversal de las ranuras puede tener cualquier forma adecuada para recibir una fuente de luz puntual y refractar la luz desde allí hacia el cuerpo 102 en ángulos suficientemente altos para que la luz se transmita hacia abajo por el cuerpo 102 mediante la TIR. La suficiencia del ángulo depende de la profundidad de la guía 100 y la distancia entre las fuentes de luz 112. La guía más profunda 100 y/o la menor distancia entre las fuentes de luz 112 requiere menos ángulo para crear una luminancia homogénea que abandona la superficie acanalada 232.
Como se muestra en las figuras 7 y 8, los rayos de luz desde una única fuente de luz 112 en una única ranura 110 se propagan a través del cuerpo 102 en dos haces en una forma de V generalmente invertida. Las ranuras 110 tienen una profundidad D, una anchura W y una anchura Wv entre los vértices de ranuras adyacentes. El cuerpo 102 tiene una altura H definida como la longitud desde el borde superior 108 hasta donde el cuerpo 102 se encuentra con el pie 114. En algunas realizaciones, las relaciones entre profundidad D, la anchura W, la anchura Wv y/o la altura H pueden mantenerse dentro de ciertos intervalos para proporcionar una transmisión de luz óptima y uniforme a través del pie 114. En algunas realizaciones, la altura H es aproximadamente de 1,5 a 3 veces, o aproximadamente 2 veces, la anchura Wv . En algunas realizaciones, la anchura W es aproximadamente de 1 a 2 veces la profundidad D.
Como se muestra en la figura 8, cuando el cuerpo 102 es lineal (u otra diferente de una forma cerrada), la luz puede escapar de los bordes laterales del cuerpo 102. Para limitar este efecto, los bordes laterales del cuerpo 102 se pueden tapar, o se puede proporcionar una distancia suficiente entre las fuentes de luz más al borde y los bordes laterales del cuerpo 102.
El pie 114 se extiende desde un borde inferior del cuerpo 102, opuesto al borde superior 108. El pie 114 es integral y está hecho del mismo material que el cuerpo 102. Como se muestra mejor en la figura 3, el pie 114 incluye una primera cara 116 inclinada hacia fuera y hacia abajo, una segunda cara 118 inclinada hacia fuera y hacia arriba, y al menos una cara de retorno 120. En la realización ilustrada, la cara de retorno 120 incluye una cara de retorno horizontal 122 y una cara de retorno inclinada 124.
La primera cara 116 es la superficie principal interna adyacente 104 y en la realización ilustrada está unida a la cara principal interna 104. En otras realizaciones, la primera cara 116 y la cara principal interna 104 pueden estar conectadas, por ejemplo, mediante una porción de borde redondeado o una pequeña cara intermedia. La primera cara 116 se extiende desde aproximadamente un plano 126 de la superficie principal interna 104 hasta más allá de un plano 128 de la superficie principal externa 102. Un ángulo a se define entre la primera cara 116 y un plano horizontal 130. El ángulo a determina el control del deslumbramiento y la cantidad de luz reflejada frente a la transmitida desde la superficie 116. El ángulo a puede ser de alrededor de 10 a 40 grados, o alrededor de 30 grados.
La primera cara 116 está provista de canales 132 para homogeneizar la luz extraída y reducir o eliminar los efectos de iluminación frontal. Los canales 132 se extienden paralelas a la dirección en que la primera cara 116 se extiende desde la superficie principal interna 104. En otras realizaciones, la superficie de la primera cara 116 puede estar provista de otros medios para homogeneizar la luz extraída. En algunas realizaciones, la refracción difusa se puede proporcionar en o junto a la superficie de la cara. Por ejemplo, la refracción difusa se puede lograr proporcionando una superficie difusa sobre la cara, superponiendo una película difusa sobre la cara, proporcionando un material difuso dentro de la guía de luz inmediatamente debajo de la cara y similares. En algunas realizaciones, la difusión puede tener un patrón lineal (por ejemplo, nervios o ranuras alineadas horizontalmente a lo largo de la cara), mientras que en otras realizaciones la difusión puede ser no lineal o aleatoria (por ejemplo, protuberancias u hoyuelos dispuestos al azar o un acabado esmerilado).
La segunda cara 118 es adyacente a la primera cara 116 y, en la realización ilustrada, está junto a la primera cara 116. En otras realizaciones, la primera cara 116 y la segunda cara 118 pueden estar conectadas, por ejemplo, mediante una porción de borde redondeado o una pequeña cara intermedia. La segunda cara 118 puede extenderse hacia arriba hasta aproximadamente una altura donde la primera cara 116 se une a la cara principal interna 104.
Un ángulo p se define entre la segunda cara 118 y un plano horizontal 130. El ángulo p determina la cantidad y el ángulo de luz que se dobla dejando la superficie 118 hacia arriba para iluminar la cavidad superior. Parte de esta luz también se refleja internamente (la cantidad y el ángulo también están determinados por el ángulo p) desde la superficie 118 hacia la superficie superior 120, donde luego se refracta hacia fuera para iluminar la superficie superior. El ángulo p puede ser de aproximadamente 30 a 75 grados, o aproximadamente 65 grados.
La segunda cara 118 y las caras de retorno 122, 124 pueden ser transparentes o estar provistas de características de superficies difusas como se describe anteriormente. En la realización ilustrada, la segunda cara 118 está esmerilada, la cara de retorno 122 tiene hoyuelos y la cara de retorno 124 es transparente.
La longitud L1 proyectada horizontalmente de la primera cara 116 es mayor que la longitud L2 proyectada horizontalmente de la segunda cara 118. En algunas realizaciones, la relación entre la longitud L1 proyectada horizontalmente de la primera cara 116 y la longitud L2 proyectada horizontalmente de la segunda cara 118 es entre 2:1 y 4:1, o alrededor de 2,5:1 a 3,5:1, o alrededor de 3:1.
Como se muestra en la figura 4, la luz se extrae en la primera cara 116 y se refracta generalmente hacia abajo, hacia un plano de trabajo, y la luz restante se extrae en la segunda cara 118 y la cara de retorno 122 y se refracta generalmente hacia arriba (por ejemplo, para iluminar un reflector superior de una luminaria). Como se muestra en los gráficos polares de las figuras 9, 11 y 12, la luz emitida por una sola fuente de luz 112 en una guía de luz 100, y se extrae en el pie 114 en una distribución ideal de ala de murciélago que se muestra en el hemisferio inferior de los gráficos. La figura 10 muestra un gráfico polar de una distribución de fuente de luz única desde arriba.
Las figuras 13 a 15 muestran una guía de luz 200 de acuerdo con otra realización de la invención. A diferencia del cuerpo lineal 102 de la guía de luz 100, la guía de luz 200 tiene un cuerpo generalmente anular 202. La configuración de bucle cerrado de la guía de luz 200 evita el problema de la luz que se escapa de los bordes laterales de la guía de luz 100. Las características y las funciones de la guía de luz 200 corresponden por lo demás a las de la guía de luz 100 como se ha descrito anteriormente. Por ejemplo, las características y las funciones de la superficie principal interna 204, la superficie principal externa 206, las ranuras 210, el pie 214, la primera cara 216, la segunda cara 218, la cara de retorno 220 y los canales 232 de la guía de luz 200 corresponden a la superficie principal interna 104, la superficie principal externa 106, las ranuras 110, el pie 114, la primera cara 116, la segunda cara 118, la cara de retorno 120 y los canales 132 de la guía de luz 100.
Las figuras 16 a 19 muestran trazas de rayos de luz de ejemplo desde una única fuente de luz 212 con guía de luz 200. El diagrama polar que se muestra en la figura 20 muestra que la luz emitida por una sola fuente de luz 212 en una guía de luz 200 se extrae en el pie 214 en una distribución ideal de ala de murciélago que se muestra en el hemisferio inferior del gráfico.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Una guía de luz (100) que comprende:
un cuerpo (102) que comprende:
una superficie principal interna (104);
una superficie principal externa (106) opuesta a la superficie principal interna; y
un borde superior (108) que comprende una superficie receptora de luz;
un pie (114) continuo con el cuerpo y opuesto al borde superior, comprendiendo el pie:
una primera cara (116) inclinada hacia fuera y hacia abajo para extraer luz, siendo la primera cara adyacente a la superficie principal interna y extendiéndose desde aproximadamente un plano (126) de la superficie principal interna hasta más allá de un plano (128) de la superficie principal externa;
una segunda cara (118) inclinada hacia fuera y hacia arriba para extraer luz, siendo la segunda cara adyacente a la primera cara inclinada;
al menos una cara de retorno (120) que conecta la segunda cara a la superficie principal externa, caracterizada por que dicha superficie receptora de luz comprende una pluralidad de ranuras separadas (110), teniendo el cuerpo una sección transversal circular y siendo la primera cara, la segunda cara y la cara de retorno circulares.
2. Una guía de luz según la reivindicación 1, en la que un extremo de la primera cara está unido a la superficie principal interna y otro extremo de la primera cara está unido a la segunda cara.
3. Una guía de luz según la reivindicación 1 o 2, en la que el cuerpo es transparente.
4. Una guía de luz según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la primera cara comprende una pluralidad de canales (132) y es difusa.
5. Una guía de luz según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que un ángulo a entre la primera cara y un plano horizontal es de aproximadamente 10 a 40 grados, o aproximadamente 30 grados.
6. Una guía de luz según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que la segunda cara es difusa o transparente.
7. Una guía de luz según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que un ángulo p entre la segunda cara y un plano horizontal es de aproximadamente 60 a 80 grados, o de aproximadamente 65 a 75 grados, o de aproximadamente 70 grados.
8. Una guía de luz según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que la pluralidad de ranuras separadas están separadas uniformemente y cada una está configurada para recibir una fuente de luz puntual (112), en la que la pluralidad de ranuras separadas tienen secciones transversales al menos parcialmente definidas por formas redondeadas en V.
9. Una guía de luz según la reivindicación 8, en la que una altura H del cuerpo es aproximadamente de 1,5 a 3 veces, o aproximadamente 2 veces, una anchura Wv , o en el que la altura H del cuerpo es aproximadamente de 1 a 2 veces una anchura W de las ranuras separadas.
10. Una guía de luz según la reivindicación 1, en la que una longitud L1 proyectada horizontalmente de la primera cara es mayor que una longitud L2 proyectada horizontalmente de la segunda cara.
11. Una guía de luz según la reivindicación 10, en la que la relación entre la longitud L1 y la longitud L2 es entre 2:1 y 4:1, o aproximadamente entre 2,5:1 y 3,5:1, o aproximadamente 3:1.
12. Una luminaria que comprende:
una carcasa;
una guía de luz según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11;
una pluralidad de fuentes de luz puntuales, cada fuente de luz recibida en una ranura correspondiente de la pluralidad de ranuras separadas;
por lo que la luz desde cada fuente de luz se propaga desde la superficie receptora de luz hasta el pie y se extrae al menos de la primera cara y de la segunda cara.
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