ITVR20100153A1 - DIFFUSION LENS FOR SPREADING LIGHT EMITTED BY A PUNCTUAL SOURCE - Google Patents
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Description
LENTE DI DIFFUSIONE PER DIFFONDERE LUCE EMESSA DA UNA SORGENTE DIFFUSION LENS FOR DIFFUSING LIGHT EMITTED FROM A SOURCE
PUNTIFORME PUNCTIFORM
La presente divulgazione concerne in generale le lenti utilizzate per diffondere la luce emessa da sorgenti luminose puntiformi. The present disclosure generally relates to lenses used to diffuse the light emitted by point light sources.
Più in particolare, la lente secondo la presente divulgazione è adatta per essere accostata ad altre lenti uguali a formare una lente multipla atta a diffondere la luce emessa da più sorgenti organizzate in uno schieramento rettangolare a file e colonne di sorgenti puntiformi, uniformemente su un'area rettangolare. More particularly, the lens according to the present disclosure is suitable for being placed next to other identical lenses to form a multiple lens able to diffuse the light emitted by several sources organized in a rectangular array of rows and columns of point sources, uniformly on a rectangular area.
I LED (acronimo per Light Emitting Diode) sono sorgenti luminose pressoché puntiformi che emettono la gran parte dell'energia luminosa secondo una simmetria circolare, tipicamente in un convenzionale cono con angolo al vertice di circa 120°. L'intensità luminosa è massima lungo l’asse del cono e si riduce a circa la metà lungo una direzione inclinata di 60° rispetto alla direzione di massima intensità, cioè al margine del cono di luce, oltre i quali si riduce ulteriormente per angoli maggiori fino ad annullarsi completamente a circa 90°. L'andamento della luce è visibile con riferimento ad una curva caratteristica A in figura 3 delle figure allegate alla presente divulgazione. LEDs (acronym for Light Emitting Diode) are almost point-like light sources that emit most of the light energy according to a circular symmetry, typically in a conventional cone with a vertex angle of about 120 °. The light intensity is maximum along the axis of the cone and is reduced to about half along a direction inclined by 60 ° with respect to the direction of maximum intensity, i.e. at the edge of the light cone, beyond which it is further reduced for greater angles. until it vanishes completely at about 90 °. The light pattern is visible with reference to a characteristic curve A in Figure 3 of the figures attached to the present disclosure.
Negli apparecchi di illuminazione, la luce generata generalmente da uno schieramento di LED, va distribuita attraverso lenti preposte a determinare una apprezzabile uniformità sull'area illuminata e ridurre l'abbagliamento che intense sorgenti puntiformi come i LED potrebbero provocare. In lighting fixtures, the light generally generated by an array of LEDs must be distributed through lenses designed to determine an appreciable uniformity on the illuminated area and reduce the glare that intense point sources such as LEDs could cause.
Un problema associato all'uso di sorgenti LED, così come di altre sorgenti luminose puntiformi come ad esempio terminazioni di fibre ottiche e simili dispositivi, risiede nel fatto che le soluzioni atte a produrre un'accentuata uniformità di illuminazione penalizzano intensità di illuminazione su un'area target, e viceversa. A problem associated with the use of LED sources, as well as other point light sources such as optical fiber terminations and similar devices, lies in the fact that the solutions designed to produce an accentuated uniformity of illumination penalize the intensity of illumination on a target area, and vice versa.
Sono in commercio svariati apparecchi di illuminazione a LED con lenti di diffusione della luce con caratteristiche di accentuata direttività per favorire un adeguato livello di illuminazione sopra un'area relativamente distante dalla sorgente a LED, come ad esempio è tipico per fari ed apparecchi di illuminazione stradale ma in buona misura anche per l’illuminazione di ambienti come porticati, stanze e corridoi. I costruttori di proiettori stradali a LED tendono a fabbricare in proprio anche le lenti di diffusione da porre davanti alle singole sorgenti puntiformi di schieramento di LED che consentano di soddisfare certe specifiche tecniche contrattuali. Various LED lighting fixtures with light diffusion lenses with accentuated directivity characteristics are on the market to favor an adequate level of illumination over an area relatively distant from the LED source, as is typical for headlights and street lighting fixtures, for example. but to a good extent also for lighting environments such as porches, rooms and corridors. The manufacturers of LED street lights also tend to manufacture their own diffusion lenses to be placed in front of the individual LED array point sources that allow them to satisfy certain contractual technical specifications.
I risultati sono tuttavia spesso poco soddisfacenti in quanto le lenti usate hanno per lo più forma ellittica creando, di conseguenza, zone d’ombra a causa di una accentuata concentrazione del fascio luminoso lungo l'asse ottico della lente. However, the results are often unsatisfactory as the lenses used are mostly elliptical in shape, consequently creating shadow areas due to an accentuated concentration of the light beam along the optical axis of the lens.
I rari casi dove è stata attuata una soluzione ottica più soddisfacente questa è risultata molto complessa da realizzare e di costo molto elevato. The rare cases where a more satisfactory optical solution has been implemented, this proved to be very complex to implement and very expensive.
E' da osservare inoltre che la normativa attualmente in vigore in materia pone delle condizioni precise per quanto riguarda l'illuminazione delle strade, con coefficiente di uniformità pari allo 0,4, mentre per quanto riguarda l'area illuminata deve essere: longitudinalmente di 3,7 volte e trasversalmente di 1 ,5 volte l'altezza del palo di sostegno del proiettore stradale. It should also be noted that the legislation currently in force on the subject establishes precise conditions as regards street lighting, with a uniformity coefficient equal to 0.4, while as regards the illuminated area it must be: longitudinally of 3 , 7 times and 1, 5 times transversely the height of the support pole of the street light.
Per ottenere un flusso a simmetria approssimativamente rettangolare, adatto peraltro anche per l'illuminazione di locali, nel caso dei proiettori stradali, vengono attualmente costruite lenti relativamente alte e strette (anche di 4,15 cm di spessore) montate in telai metallici che impediscono la dispersione laterale della luce. Queste lenti hanno una discreta resa, ma restano complicate e costose da costruire. In order to obtain an approximately rectangular symmetrical flux, also suitable for the illumination of rooms, in the case of street projectors, relatively high and narrow lenses (even 4.15 cm thick) are currently built, mounted in metal frames that prevent the lateral light scattering. These lenses have a decent yield, but remain complicated and expensive to build.
Le più comuni lenti ellittiche commerciali, disposte con diverse angolazioni, hanno resa mediocre e sono di difficile assemblaggio con le altre parti del proiettore. Infatti, per ottenere un flusso luminoso più omogeneo sull'area illuminata, si cerca di compensare il minor flusso ai bordi dell'area rettangolare illuminata inclinando i LED verso l'esterno, ma ciò penalizza la resa in quanto l’Inclinazione da una parte sottrae una parte del flusso luminoso altrimenti destinato alla parte centrale dell’area illuminata. The most common commercial elliptical lenses, arranged at different angles, have poor performance and are difficult to assemble with the other parts of the projector. In fact, to obtain a more homogeneous luminous flux on the illuminated area, an attempt is made to compensate for the lower flux at the edges of the illuminated rectangular area by tilting the LEDs outwards, but this penalizes the yield as the inclination on one side subtracts a part of the luminous flux otherwise destined for the central part of the illuminated area.
Secondo un'altra tecnica, si creano canalizzazioni di convogliamento della luce nel corpo della lente, cosa di difficile realizzazione in lenti fabbricabili a basso costo, tipicamente per stampaggio ad iniezione di idoneo materiale termoplastico trasparente. According to another technique, light conveying channels are created in the lens body, which is difficult to produce in lenses that can be manufactured at low cost, typically by injection molding of suitable transparent thermoplastic material.
Più spesso si sacrifica pacificamente l’uniformità di illuminazione pur di impiegare fonti luminose a più elevato rendimento, quali sono i LED, per ridurre il consumo energetico, utilizzando semplici lenti ellittiche che producono una illuminazione a macchie luminose con un effetto chiaro/scuro molto fastidioso, oltre che pericoloso per la guida. More often the uniformity of illumination is peacefully sacrificed in order to use higher efficiency light sources, such as LEDs, to reduce energy consumption, using simple elliptical lenses that produce light spot lighting with a very annoying light / dark effect. , as well as dangerous for driving.
Nel presente contesto con il termine "lente" si intende, di volta in volta, tanto la singola struttura ottica di diffusione della luce emessa da una singola sorgente puntiforme, quale ad esempio un LED, quanto, come comunemente usato nell’industria degli apparecchi di illuminazione di aree relativamente ampie e distanti dall’apparecchio, impieganti schieramenti di numerose sorgenti luminose puntiformi organizzate in schieramenti rettangolari a file e colonne, una lente multipla includente una struttura monolitica rettangolare, atta ad essere disposta davanti ad uno schieramento rettangolare di sorgenti puntiformi, nella quale sono replicate, con la stessa organizzazione a schieramento, singole strutture ottiche in modo che ciascuna struttura ottica (singola lente) risulti perfettamente in asse ad una rispettiva sorgente luminosa puntiforme del sottostante schieramento. In the present context, the term "lens" means, from time to time, both the single optical structure of diffusion of the light emitted by a single point source, such as for example an LED, and, as commonly used in the industry of lighting fixtures illumination of relatively large areas distant from the luminaire, using arrays of numerous point light sources organized in rectangular rows and columns, a multiple lens including a rectangular monolithic structure, adapted to be arranged in front of a rectangular array of point sources, in the which are replicated, with the same array organization, single optical structures so that each optical structure (single lens) is perfectly aligned with a respective point light source of the underlying array.
E' stata trovata una nuova lente in grado di diffondere la luce generata da una sorgente luminosa puntiforme (ad esempio un LED) con accentuata uniformità e simmetria pressoché rettangolare, su un'area rettangolare distante da illuminare, il cui lato maggiore può essere anche più del doppio del lato minore. A new lens has been found capable of diffusing the light generated by a point light source (for example an LED) with accentuated uniformity and almost rectangular symmetry, on a distant rectangular area to be illuminated, whose longer side can be even more twice the shorter side.
Questo risultato è conseguito con una lente di idoneo materiale ottico trasparente, una prima faccia della quale è sostanzialmente piana ad eccezione di almeno un punto o dei punti in cui è presente una depressione, o un incavo circolare, relativamente poco profondo, che può avere per esempio un profilo a calotta sferica o conico (formante superficie concava), e che viene a porsi davanti ad una sorgente luminosa puntiforme (comunemente un LED) che individua il centro e l’asse ottico della lente di diffusione della luce emessa dalla sorgente puntiforme, ed attraverso la superficie concava della quale il flusso luminoso entra nel materiale (mezzo) ottico della lente. This result is achieved with a lens of suitable transparent optical material, a first face of which is substantially flat with the exception of at least one point or points in which there is a depression, or a circular recess, relatively shallow, which may have for for example a spherical or conical dome profile (forming a concave surface), and which is placed in front of a point light source (commonly an LED) which identifies the center and the optical axis of the lens of diffusion of the light emitted by the point source, and through the concave surface of which the luminous flux enters the optical material (medium) of the lens.
Sulla faccia opposta, ed in corrispondenza con ogni incavo circolare di entrata del flusso luminoso emesso da una sorgente puntiforme, è presente una struttura ottica in rilievo la cui impronta di base, sul piano dal quale si erge, è inscrivibile in un perimetro rettangolare di inviluppo. La struttura ottica della lente, comprende due identici lobi salienti, preferibilmente aventi bordo perimetrale arrotondato, specularmente uniti tra loro da un avvallamento centrale a sella (insellatura) il cui punto centrale di minima elevazione e di minima larghezza rispetto alla massima elevazione e larghezza dei due lobi laterali identici, si trova in corrispondenza dell'asse ottico della sorgente luminosa puntiforme ed il centro di detto incavo circolare di ingresso del flusso luminoso nel mezzo trasparente della lente. On the opposite face, and in correspondence with each circular inlet cavity of the luminous flux emitted by a point source, there is an optical structure in relief whose base imprint, on the plane from which it rises, can be inscribed in a rectangular envelope perimeter . The optical structure of the lens includes two identical salient lobes, preferably with rounded perimeter edge, mirrored together by a central saddle depression (saddle) whose central point of minimum elevation and minimum width with respect to the maximum elevation and width of the two identical lateral lobes, is located in correspondence with the optical axis of the point light source and the center of said circular recess for inlet of the light flux in the transparent medium of the lens.
Una lente così realizzata ha una forma bi-lobata con un accentuato restringimento centrale, che definisce, su fianchi opposti o lati della struttura ottica, due recessi o incavi o rientranze. A lens thus made has a bi-lobed shape with an accentuated central narrowing, which defines, on opposite sides or sides of the optical structure, two recesses or hollows or recesses.
Opzionalmente, benché preferibilmente, sulla faccia piana opposta rispetto alla faccia da cui si erge la struttura ottica in rilievo della lente, associati all’incavo di ingresso del flusso luminoso emesso dalla giustapposta sorgente puntiforme, sono presenti due intagli (unghiate) che possono essere pressoché paralleli tra loro e all'asse di simmetria longitudinale rispetto alla struttura ottica ad impronta inscrivibile in un rettangolo, più profondi dell'incavo circolare e pressoché tangenti o secanti a detta concavità circolare meno profonda. Optionally, although preferably, on the flat face opposite to the face from which the raised optical structure of the lens rises, associated with the inlet hollow of the luminous flux emitted by the juxtaposed point source, there are two notches (claws) which can be almost parallel to each other and to the longitudinal symmetry axis with respect to the optical structure with imprint that can be inscribed in a rectangle, deeper than the circular cavity and practically tangent or secant to said less deep circular concavity.
In una forma di realizzazione, il profilo dell’impronta alla base della parte centrale della struttura saliente a forma di insellatura congiungente tra loro i due lobi salienti, può sovrapporsi, in proiezione geometrica, ad un orlo arcuato del fianco interno ripido di detti intagli paralleli “ad unghiata”, mentre un orlo pressoché rettilineo del fianco opposto dell’unghiata, risalente dal fondo dell’intaglio con una ridotta inclinazione, può giacere, in proiezione geometrica, sotto il lato maggiore del rettangolo di inviluppo della struttura ottica della lente. In one embodiment, the profile of the footprint at the base of the central part of the salient structure in the form of a sheer joining the two salient lobes together, can overlap, in geometric projection, an arched edge of the steep inner side of said parallel notches "Claw", while an almost straight edge of the opposite side of the claw, rising from the bottom of the carving with a reduced inclination, can lie, in geometric projection, under the longest side of the envelope rectangle of the optical structure of the lens.
Detti intagli laterali possono anche avere geometrie diverse da quella di una "unghiata". Alternativamente, strette trincee rettilinee a "U" o a "V" possono essere formate lungo i fianchi opposti della concavità circolare di entrata del flusso. Said lateral notches can also have geometries different from that of a "claw". Alternatively, narrow straight "U" or "V" trenches can be formed along the opposite sides of the circular flow inlet concavity.
La struttura saliente di ciascuna singola lente ha pertanto un'asse maggiore o longitudinale di simmetria ed un asse minore o trasversale di simmetria, passanti entrambi per il punto di minima elevazione e di minima larghezza dell'insellatura di congiunzione tra i due lobi salienti con bordo arrotondato e coincidente con l'asse ottico dell’incavo circolare e della sorgente luminosa puntiforme. The salient structure of each individual lens therefore has a major or longitudinal axis of symmetry and a minor or transverse axis of symmetry, both passing through the point of minimum elevation and minimum width of the joining saddle between the two salient lobes with edge rounded and coincident with the optical axis of the circular recess and the point light source.
Mentre l’accentuata uniformità del flusso a simmetria rettangolare prodotto dalla lente di diffusione associata ad una sorgente puntiforme è frutto della peculiare geometria bi-lobata con insellatura di ripartizione del flusso luminoso, entrante attraverso la superficie concava dell’incavo circolare, verso i due lobi lenticolari della struttura ottica a sviluppo rettangolare, gli intagli lungo fianchi diametralmente opposti della concavità circolare di entrata ostacolano la diffusione laterale della luce nel mezzo ottico della lente confinandola e convogliandola utilmente verso l’insellatura attraversata dall’asse ottico della struttura in rilievo sulla faccia opposta della lente. Ciò contribuisce ad aumentare la resa riducendo significativamente le perdite per dispersione laterale della luce. While the accentuated uniformity of the rectangular symmetrical flux produced by the diffusion lens associated with a point source is the result of the peculiar bi-lobed geometry with dividing saddle of the luminous flux, entering through the concave surface of the circular recess, towards the two lobes of the optical structure with rectangular development, the notches along diametrically opposite sides of the circular entrance concavity hinder the lateral diffusion of light in the optical medium of the lens, confining it and usefully conveying it towards the saddle crossed by the optical axis of the structure in relief on the opposite face of the lens. This helps to increase the yield by significantly reducing losses due to lateral scattering of light.
Perciò, una forma di realizzazione particolarmente preferita della lente della presente divulgazione prevede anche la presenza di tali intagli paralleli, al fine di migliorare la resa di illuminazione. Therefore, a particularly preferred embodiment of the lens of the present disclosure also provides for the presence of such parallel notches, in order to improve the illumination yield.
L’invenzione è definita nelle annesse rivendicazioni. The invention is defined in the attached claims.
Altri vantaggi, caratteristiche e modalità di impiego dell'oggetto della presente divulgazione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di sue forme di realizzazione preferite, date a scopo esemplificativo e non limitativo. Other advantages, characteristics and methods of use of the object of the present disclosure will become evident from the following detailed description of its preferred embodiments, given by way of example and not of limitation.
È comunque evidente come ciascuna forma di realizzazione possa presentare uno o più dei vantaggi sopra elencati; in ogni caso non è comunque richiesto che ciascuna forma di realizzazione presenti simultaneamente tutti i vantaggi elencati. È anche da intendersi che, nell'ambito della presente divulgazione, rientrano tutte le possibili combinazioni delle forme di realizzazione precedentemente indicate e di quelle descritte con riferimento alla seguente descrizione dettagliata. However, it is evident that each embodiment can have one or more of the advantages listed above; in any case, it is not however required that each embodiment have all the listed advantages simultaneously. It is also to be understood that, within the scope of the present disclosure, all the possible combinations of the previously indicated embodiments and those described with reference to the following detailed description fall within the scope of the present disclosure.
Verrà fatto riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui: Reference will be made to the figures of the attached drawings, in which:
- La Figura 1 è una vista in pianta della struttura ottica della lente secondo una forma esemplificativa preferita, in cui sono individuati piani o linee di sezione trasversali e longitudinali della struttura. Figure 1 is a plan view of the optical structure of the lens according to a preferred exemplary embodiment, in which planes or lines of transverse and longitudinal section of the structure are identified.
- La Figura 2A è una vista in sezione lungo la linea A-A di figura 1. - Figure 2A is a sectional view along the line A-A of Figure 1.
- La Figura 2B è una vista in sezione lungo la linea B-B di figura 1. - Figure 2B is a sectional view along the line B-B of Figure 1.
- La Figura 2C è una vista in sezione lungo la linea C-C di figura 1. - Figure 2C is a sectional view along the line C-C of Figure 1.
- La Figura 2D è una vista in sezione lungo la linea D-D di figura 1. - Figure 2D is a sectional view along the line D-D of Figure 1.
- La Figura 2E è una vista in sezione lungo la linea E-E di figura 1. - Figure 2E is a sectional view along the line E-E of Figure 1.
- La Figura 2F è una vista in sezione lungo la linea F-F di figura 1. - Figure 2F is a sectional view along the line F-F of Figure 1.
- La Figura 2G è una vista in sezione lungo la linea G-G di figura 1. - Figure 2G is a sectional view along the line G-G of Figure 1.
- La Figura 2H è una vista in sezione lungo la linea H-H di figura 1. - Figure 2H is a sectional view along the line H-H of Figure 1.
- La Figura 2J è una vista in sezione lungo la linea J-J di figura 1. - Figure 2J is a sectional view along the line J-J of Figure 1.
- La Figura 2K è una vista in sezione lungo la linea K-K di figura 1. - Figure 2K is a sectional view along the line K-K of Figure 1.
- La Figura 2L è una vista in sezione lungo la linea L-L di figura 1. - Figure 2L is a sectional view along the line L-L of Figure 1.
- La Figura 2M è una vista in sezione lungo la linea M-M di figura 1. - Figure 2M is a sectional view along the line M-M of Figure 1.
- La Figura 2N è una vista in sezione lungo la linea N-N di figura 1. - Figure 2N is a sectional view along the line N-N of Figure 1.
- La Figura 2P è una vista in sezione lungo la linea P-P di figura 1. - Figure 2P is a sectional view along the line P-P of Figure 1.
- La Figura 2R è una vista in sezione lungo la linea R-R di figura 1. - Figure 2R is a sectional view along the line R-R of Figure 1.
- La Figura 2S è una vista in sezione lungo la linea S-S di figura 1. - Figure 2S is a sectional view along the line S-S of Figure 1.
- La Figura 2T è una vista in sezione lungo la linea T-T di figura 1. - Figure 2T is a sectional view along the T-T line of Figure 1.
- La Figura 3 mostra diagrammi di flusso luminoso prodotto da un solo LED (curva caratteristica A) e con una lente di diffusione del presente trovato (curve caratteristiche B e C). Figure 3 shows diagrams of the luminous flux produced by a single LED (characteristic curve A) and with a diffusion lens of the present invention (characteristic curves B and C).
- Le Figure 4 e 5 sono viste prospettiche di una lente multipla rettangolare per un proiettore impiegante uno schieramento rettangolare di singole sorgenti LED sulla quale sono replicate le singole strutture ottiche della presente divulgazione affacciate funzionalmente a rispettivi LED dello schieramento rettangolare. Figures 4 and 5 are perspective views of a rectangular multiple lens for a projector using a rectangular array of individual LED sources on which the individual optical structures of the present disclosure are replicated functionally facing respective LEDs of the rectangular array.
Con riferimento alle figure allegate, la figura 1 mostra il layout di una forma di realizzazione esemplificativa su una lastra di materiale ottico trasparente 1 di una lente di diffusione del fascio luminoso emesso da una sorgente puntiforme che, nel prosieguo di questa descrizione sarà anche definita LED, pur nella consapevolezza che il trovato è adatto ed utile per uso anche con sorgenti puntiformi di diverso tipo. La lastra 1 presenta una struttura ottica in rilievo 2. With reference to the attached figures, figure 1 shows the layout of an exemplary embodiment on a plate of transparent optical material 1 of a lens for diffusing the light beam emitted by a point source which, in the continuation of this description, will also be defined as LED , while being aware that the invention is suitable and useful for use also with point sources of different types. The plate 1 has an optical structure in relief 2.
Le figure da 2A a 2T mostrano serie di sezioni parallele, rispettivamente lungo assi ortogonali, nei piani di sezione individuati da coppie di lettere sul layout della Figura 1. Figures 2A to 2T show series of parallel sections, respectively along orthogonal axes, in the section planes identified by pairs of letters on the layout of Figure 1.
Nella vista di layout, l'impronta della base della struttura ottica in rilievo 2 sul piano della superficie rivolta verso l’area illuminata di una lastra 1 di materiale ottico trasparente, risulta inscritta in un perimetro di inviluppo pressoché rettangolare P e ha una forma bi-lobata con un accentuato restringimento centrale, che definisce rientranze laterali 9 e 10. In the layout view, the imprint of the base of the raised optical structure 2 on the plane of the surface facing the illuminated area of a plate 1 of transparent optical material, is inscribed in an almost rectangular envelope perimeter P and has a bi shape -lobata with an accentuated central narrowing, which defines lateral recesses 9 and 10.
In particolare, la struttura in rilievo 2 comprende due lobi salienti identici con bordo arrotondato 3 e 4 uniti dall’insellatura centrale 5 e il suo sviluppo spaziale è ispezionabile osservandone le sequenze di sezioni lungo i due assi ortogonali di simmetria rettangolare delle figure da 2A a 2T. In particular, the relief structure 2 includes two identical salient lobes with rounded edges 3 and 4 joined by the central saddle 5 and its spatial development can be inspected by observing the sequences of sections along the two orthogonal axes of rectangular symmetry of figures 2A to 2T.
Nella vista di layout della figura 1 e nelle pertinenti sezioni ortogonali delle figure da 2A a 2T, è osservabile la depressione o incavo circolare 6 presente sul piano della superficie della lastra 1 rivolta verso la sorgente luminosa puntiforme (non mostrata nelle Figure) e, nella forma preferita di realizzazione illustrata, sono presenti anche intagli ad unghiate 7 e 8 sostanzialmente paralleli tra loro lungo fianchi opposti e più profondi della concavità circolare 6 di entrata del flusso luminoso. Gli intagli possono anche essere tangenti, o anche marginalmente secanti, la circonferenza dell’orlo della concavità circolare 6. In the layout view of Figure 1 and in the relevant orthogonal sections of Figures 2A to 2T, the depression or circular recess 6 present on the plane of the surface of the plate 1 facing towards the point light source (not shown in the Figures) can be observed and, in the preferred embodiment illustrated, there are also claw notches 7 and 8 substantially parallel to each other along opposite and deeper sides of the circular concavity 6 for the entry of the luminous flux. The notches can also be tangent, or even marginally secant, to the circumference of the edge of the circular concavity 6.
La larghezza della struttura ottica in rilievo 2 di ogni singola lente di diffusione della luce prodotta da una sorgente luminosa puntiforme, in corrispondenza del punto di minima larghezza del profilo, alla base dell’insellatura 5 di congiunzione tra i due lobi salienti con bordo arrotondato, può essere compresa tra il 65% ed il 75% del lato minore del rettangolo P di inviluppo dell'impronta di base della struttura in rilievo 2 della lente. The width of the raised optical structure 2 of each individual light diffusion lens produced by a point light source, at the point of minimum width of the profile, at the base of the sheer 5 joining the two salient lobes with rounded edges, it can be between 65% and 75% of the smaller side of the envelope rectangle P of the base impression of the relief structure 2 of the lens.
L’altezza della struttura ottica in rilievo 2 di ogni singola lente di diffusione della luce prodotta da una sorgente luminosa puntiforme, rispetto al piano di base della lastra 1 da cui si eleva, in corrispondenza del punto centrale dell’insellatura 5 di congiunzione tra i due lobi salienti identici 3 e 4, giacente sull’asse ottico della sorgente puntiforme e della concavità circolare 6, può generalmente essere generalmente compresa tra il 80% ed il 90% dell’altezza massima dei due lobi salienti 3 e 4. The height of the raised optical structure 2 of each individual light diffusion lens produced by a point light source, with respect to the base plane of the plate 1 from which it rises, at the central point of the sheer 5 joining the two identical salient lobes 3 and 4, lying on the optical axis of the point source and of the circular concavity 6, can generally be between 80% and 90% of the maximum height of the two salient lobes 3 and 4.
L'incavo circolare 6, che può essere sferico o conico, presente sul lato della lente rivolto verso la sorgente luminosa puntiforme, in asse rispetto all'asse ottico della sorgente favorisce un allargamento del fascio luminoso emesso dalla sorgente puntiforme, per diffrazione, entrando nel mezzo ottico della lente. The circular recess 6, which can be spherical or conical, present on the side of the lens facing the point light source, in axis with respect to the optical axis of the source, favors a widening of the light beam emitted by the point source, by diffraction, entering the optical medium of the lens.
Se presenti, i due intagli paralleli e relativamente profondi 7 e 8, tangenti, o anche marginalmente secanti, in punti diametralmente opposti della depressione o incavo circolare 6, possono avere, come nell'esempio illustrato, forma di “unghiate”, il cui fianco interno ripido, rispettivamente 7a e 8a, quasi ortogonale al piano della lente, che raggiunge il fondo dell’intaglio nella lastra di materiale ottico della lente, è arcuato, mentre al contrario, il fianco opposto o fianco esterno delle unghiate, rispettivamente 7b e 8b, sale gradualmente verso la superficie piana di una lastra piana di materiale ottico dalla faccia della quale si erge la struttura ottica 2, fino ad un orlo rettilineo. L’orlo rettilineo dei fianchi esterni, rispettivamente 7b e 8b, può coincidere, in proiezione geometrica, con il perimetro del rettangolo di inviluppo P dell'impronta di base della struttura ottica in rilievo 2 presente sulla faccia opposta della lastra piana della lente, mentre l'orlo arcuato del fianco ripido interno, rispettivamente 7a e 8a, dell'intaglio ad unghiata coincide in proiezione geometrica con il profilo alla base della parte centrale a forma di sella 5 della struttura ottica in rilievo 2. If present, the two parallel and relatively deep notches 7 and 8, tangent, or even marginally secant, in diametrically opposite points of the circular depression or recess 6, can have, as in the example illustrated, the shape of "claws", whose side steep interior, respectively 7a and 8a, almost orthogonal to the plane of the lens, which reaches the bottom of the notch in the sheet of optical material of the lens, is arched, while on the contrary, the opposite side or external side of the claws, respectively 7b and 8b , gradually rises towards the flat surface of a flat plate of optical material from the face of which the optical structure 2 rises, up to a straight edge. The rectilinear edge of the external sides, 7b and 8b respectively, can coincide, in geometric projection, with the perimeter of the envelope rectangle P of the base impression of the raised optical structure 2 present on the opposite face of the flat plate of the lens, while the arched edge of the internal steep side, respectively 7a and 8a, of the claw notch coincides in geometric projection with the profile at the base of the saddle-shaped central part 5 of the relief optical structure 2.
L'effetto dei due intagli paralleli ad unghiata 7 e 8, lungo lati opposti dell'incavo circolare 6, paralleli all'asse di simmetria longitudinale della struttura ottica 2 della lente è quello di ridurre la dispersione laterale della luce per aumentare la resa della lente di diffusione, costituendo superfici riflettenti della luce verso l'asse di massima intensità di trasmissione. The effect of the two parallel notches 7 and 8, along opposite sides of the circular recess 6, parallel to the longitudinal axis of symmetry of the optical structure 2 of the lens, is to reduce the lateral dispersion of light to increase the yield of the lens. diffusion, constituting surfaces reflecting the light towards the axis of maximum transmission intensity.
Come è osservabile nel diagramma della figura 3, la singola lente di diffusione della luce prodotta da una sorgente luminosa puntiforme del presente trovato, determina una curva o lobo di diffusione della luce che in direzione dell'asse di simmetria longitudinale della struttura ottica in rilievo della lente, presenta una straordinaria uniformità per un'inclinazione rispetto all'asse ottico di ben 70°, ovvero un'eccellente uniformità di distribuzione dell'intensità luminosa su un’area inscritta in un cono di almeno 135° (diagramma o curva caratteristica C) , mentre nella direzione trasversale, l'uniformità di diffusione si restringe ad un cono con angolo al vertice di circa 75° (diagramma o curva caratteristica B). L'eccezionale ampliamento dell'area illuminata da una singola sorgente luminosa puntiforme in modo significativamente uniforme risulta eccezionale considerando che la singola sorgente luminosa puntiforme, priva della lente di diffusione del presente trovato difficilmente supererebbe l'area intercettata da un cono con angolo al vertice di circa 60° (diagramma o curva caratteristica A). As can be seen in the diagram of Figure 3, the single light diffusion lens produced by a point light source of the present invention determines a light diffusion curve or lobe which in the direction of the longitudinal symmetry axis of the raised optical structure of the lens, has an extraordinary uniformity for an inclination with respect to the optical axis of 70 °, i.e. an excellent uniformity of distribution of the light intensity over an area inscribed in a cone of at least 135 ° (diagram or characteristic curve C) , while in the transverse direction, the diffusion uniformity narrows to a cone with a vertex angle of about 75 ° (diagram or characteristic curve B). The exceptional widening of the area illuminated by a single point light source in a significantly uniform way is exceptional considering that the single point light source, without the diffusion lens of the present invention, would hardly exceed the area intercepted by a cone with a vertex angle of about 60 ° (diagram or characteristic curve A).
Le figure 4 e 5 sono due viste prospettiche di una lente multipla realizzata secondo la presente descrizione. Figures 4 and 5 are two perspective views of a multiple lens made according to the present description.
Nel caso di lente multipla per la diffusione di luce prodotta da numerose sorgenti puntiforme ordinate in uno schieramento rettangolare per file e colonne di sorgenti disposte, su un'area rettangolare, la "lente" assume la forma di una lastra piana L di materiale trasparente con adatte caratteristiche ottiche, giustapposta allo schieramento rettangolare di sorgenti multiforme ordinate per righe e colonne, sulla quale sono realizzate con una analoga organizzazione a schieramento, le singole strutture ottiche in rilievo 2, definite secondo le caratteristiche geometriche e funzionali del presente trovato, ciascuna coincidente, sull’altro lato della lastra, con una rispettiva depressione o concavità circolare di ingresso del flusso luminoso, in asse ad una rispettiva sorgente luminosa puntiforme (LED) dello schieramento rettangolare. E' da notare che in figure 4 e 5 non sono tuttavia visibili gli intagli 7 e 8, prodotti sulla faccia retrostante della lastra L, lungo i fianchi delle concavità di ingresso del flusso luminoso emesso da una sorgente LED. La lastra L è provvista di fori 11 per il fissaggio ad un involucro di un dispositivo di illuminazione non visibile nei disegni. In the case of a multiple lens for the diffusion of light produced by numerous point sources arranged in a rectangular array by rows and columns of sources arranged, on a rectangular area, the "lens" takes the form of a flat plate L of transparent material with suitable optical characteristics, juxtaposed to the rectangular array of multiform sources ordered by rows and columns, on which the individual optical structures in relief 2 are made with a similar array organization, defined according to the geometric and functional characteristics of the present invention, each coincident, on the other side of the sheet, with a respective depression or circular concavity for the entry of the light flux, in axis with a respective point light source (LED) of the rectangular array. It should be noted that in figures 4 and 5 the notches 7 and 8, produced on the rear face of the plate L, along the sides of the inlet concavities of the luminous flux emitted by an LED source, are not however visible. The plate L is provided with holes 11 for fixing a lighting device not visible in the drawings to a casing.
Ovviamente quante sono le sorgenti luminose puntiformi dello schieramento, tante sono le singole strutture ottiche in rilievo 2 del presente trovato definite sulla faccia della lastra rettangolare L rivolta verso l’area da illuminare. Obviously how many point light sources are in the array, there are many individual optical structures in relief 2 of the present invention defined on the face of the rectangular plate L facing the area to be illuminated.
Gli assi di simmetria longitudinale delle singole strutture ottiche in rilievo e degli opzionali intagli sulla faccia piana rivolta verso lo schieramento di sorgenti luminose puntiforme, sono preferibilmente orientati parallelamente ai lati minori dello schieramento e della lastra rettangolare L. Infatti, in considerazione dell'accentuata diffusione uniforme in un'area preminentemente estesa lungo la direzione dell'asse maggiore di simmetria rettangolare della struttura ottica della lente, nel caso di una lente multipla per schieramento rettangolare di sorgenti luminose puntiformi, l'orientamento delle singole strutture ottiche in rilievo delle singole lenti è preferibilmente parallelo ai lati minori della lastra rettangolare così da accentuare la resa di distribuzione del flusso luminoso limitatamente all'area da illuminare, come ad esempio una sede stradale. La ripetitività di più file trasversali di lenti distanziate tra loro lungo l'asse maggiore della piastra rettangolare (e dello schieramento delle sottostanti sorgenti luminose puntiformi) dell'apparecchio di illuminazione stradale, consente di raggiungere il grado di uniformità di illuminazione lungo l'asse longitudinale maggiore dell'area illuminata, ottenuta progettando la distanza di separazione tra le file trasversali di lenti per l'intera estensione longitudinale dello schieramento di sorgenti multiformi e della relativa lente multipla rettangolare di diffusione giustapposta allo schieramento di sorgenti. The longitudinal axes of symmetry of the individual optical structures in relief and of the optional notches on the flat face facing the array of point light sources, are preferably oriented parallel to the shorter sides of the array and of the rectangular plate L. In fact, in consideration of the accentuated diffusion uniform in a pre-eminently extended area along the direction of the major axis of rectangular symmetry of the optical structure of the lens, in the case of a multiple lens for rectangular array of point light sources, the orientation of the individual optical structures in relief of the individual lenses is preferably parallel to the shorter sides of the rectangular plate so as to accentuate the distribution yield of the luminous flux limited to the area to be illuminated, such as for example a roadway. The repetitiveness of several transverse rows of lenses spaced apart along the major axis of the rectangular plate (and of the array of the underlying point light sources) of the street lighting device, allows to achieve the degree of uniformity of illumination along the longitudinal axis greater than the illuminated area, obtained by designing the separation distance between the transverse rows of lenses for the entire longitudinal extension of the array of multiform sources and of the related rectangular multiple diffusion lens juxtaposed to the array of sources.
Seguono tabelle illuminotecniche per un medesimo proiettore stradale a schieramento di LED, equipaggiato con comuni lenti ellittiche (Tabella 1) di diffusione della luce emessa dai singoli LED, ed equipaggiata con una lente multipla del presente trovato (Tabella 2), come raffigurata nelle figure 4 e 5. Following are lighting engineering tables for the same LED array street projector, equipped with common elliptical lenses (Table 1) for diffusion of the light emitted by the individual LEDs, and equipped with a multiple lens of the present invention (Table 2), as shown in figure 4 and 5.
TABELLA 1 TABLE 1
TABELLA 2 TABLE 2
Come si può notare dai valori della tabella “1” che usa una lente tradizionale ellittica la luce risulta concentrata sotto la lampada e scarsa ai lati, mentre i valori misurati dalla tabella “2” che usa una lente secondo la presente divulgazione vi è un illuminamento con valori omogenei tali da eliminare Γ effetto ombra. As can be seen from the values of table "1" which uses a traditional elliptical lens, the light is concentrated under the lamp and scarce at the sides, while the values measured by table "2" which uses a lens according to this disclosure there is an illuminance with homogeneous values such as to eliminate Γ shadow effect.
Le lenti del trovato sono completamente fabbricabili mediante tecniche di stampaggio di materiali termoplastici e quindi possono essere prodotte a basso costo. The lenses of the invention can be completely manufactured by means of molding techniques of thermoplastic materials and therefore can be produced at low cost.
Materiali ottici utilizzabili sono primariamente per produzione con stampo ad iniezione le resine del tipo PMMA e PC, benché possano essere usati anche materiali diversi, come ad esempio: vetro e derivati con diversi tipi di lavorazione. Optical materials that can be used are primarily for production with injection molds the resins of the PMMA and PC type, although different materials can also be used, such as: glass and derivatives with different types of processing.
L'oggetto della presente divulgazione è stato fin qui descritto con riferimento a sue forme preferite di realizzazione. È da intendersi che possono esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti neN’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito annesse. The object of the present disclosure has been described up to now with reference to its preferred embodiments. It is to be understood that there may be other embodiments that pertain to the same inventive core, all falling within the scope of the claims annexed hereafter.
Claims (11)
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IT000153A ITVR20100153A1 (en) | 2010-07-26 | 2010-07-26 | DIFFUSION LENS FOR SPREADING LIGHT EMITTED BY A PUNCTUAL SOURCE |
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