PT1015811E - Dispositivo optico para a separacao de luz de grande e pequena intensidade - Google Patents

Dispositivo optico para a separacao de luz de grande e pequena intensidade Download PDF

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PT1015811E PT80400249T PT98944927T PT1015811E PT 1015811 E PT1015811 E PT 1015811E PT 80400249 T PT80400249 T PT 80400249T PT 98944927 T PT98944927 T PT 98944927T PT 1015811 E PT1015811 E PT 1015811E
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Description

Descrição “Dispositivo óptico para a separação de luz de grande e pequena intensidade” Campo da invenção O assunto da invenção refere-se a uma estrutura óptica de separação para separar e distribuir luz de grande e pequena intensidade a uma superfície de iluminação.
Enquadramento geral da invenção
Os sistemas de controlo convencionais da luz para faróis, luzes laterais e luzes posteriores de veículos automóveis incluem tipicamente um filamento da lâmpada alojado num suporte reflector por trás de uma lente de cobertura. A luz emitida pelo filamento da lâmpada é reflectida a partir do suporte reflector para fora através da lente de cobertura para formar um feixe ou uma imagem da luz planar. A lente de cobertura proporciona à luz a configuração pretendida, isto é, feixe de luz de faróis convergente ou sinal lateral ou posterior configurado. No entanto, os sistemas de iluminação de lâmpada e reflector convencionais são inconvenientes em termos de estilo e flexibilidade do tamanho. A lâmpada e o reflector necessitam uipa profundidade e uma largura significativas para conseguir a focagem pretendida e a dispersão da luz através da lente de cobertura, limitando assim a capacidade para orientar e definir o controlo do sistema luminoso.
Desenvolveram-se outros sistemas para proporcionar alternativas ao filamento de lâmpada e ao sistema reflector convencional utilizando um cilindro de luz e colimador para dirigir a luz para um emissor reflector tendo uma pluralidade de facetas de lente para redirtgir a luz no percurso e configuração pretendidos. Estes sistemas são exemplificados nas patentes dos Estados Unidos 5 434 754 concedida a 2
Li et al., publicada em 18 de Julho de 1995 e 5 197 792 concedida a Jiao et al., publicada em 30 de Março de 1993.
No entanto, estas alternativas são deficientes na separação de grandes e pequenas intensidades de luz através da lente.
Sumário da Invenção A presente invenção é uma estrutura óptica de separação que compreende uma porção do corpo unitária transparente que se prolonga entre a primeira e segundas extremidades. A porção do corpo tem uma parte anterior que define uma superfície de iluminação anterior, uma porção posterior que inclui uma pluralidade de facetas inclinadas de direccionamento separadas por áreas intermédias e um elemento óptico colocado dentro de, pelo menos, uma das áreas intermédias. As facetas dirigem e espalham a luz recebida de uma da primeira e segunda extremidades em direcção à superfície de iluminação frontal e o elemento óptico transmite a luz recebida da área intermédia directamente em direcção à superfície de iluminação anterior.
As facetas redirigem a luz através da porção do corpo em direcção à superfície de iluminação frontal provocando a distribuição da luz de pequena intensidade enquanto o elemento óptico transmite a luz que se dirige para a superfície de iluminação anterior provocando a distribuição da luz de grande intensidade.
Breve Descrição dos Desenhos
Outras vantagens da presente invenção são facilmente apreciadas quando a mesma é melhor compreendida por referência à seguinte descrição pormenorizada quando considerada em conexão com os desenhos anexos em que: 3 7ί4
Fig. 1 é uma vista em perspectiva posterior de uma estrutura óptica de separação de acordo com os princípios da presente invenção;
Fig. 2 é uma vista parcial em secção transversal de uma estrutura óptica de separação de acordo com os princípios da presente invenção observada na direcção “II-II” na Fig. 1 com fontes luminosas ortogonais representadas;
Fig. 3 é uma vista em secção transversal de uma forma de realização da estrutura óptica de separação, que inclui uma série de facetas de redireccionamento inclinadas e uma pluralidade de porções côncavas intermédias que transmitem directamente;
Fig. 4 é uma vista em secção transversal de uma forma de realização de uma estrutura óptica de separação, incluindo uma série de facetas de redireccionamento inclinadas e uma pluralidade de porções convexas intermédias que transmitem directamente,
Fig. 5 é uma vista em secção transversal de uma forma de realização de uma estrutura óptica de separação, que inclui uma série de facetas de redireccionamento inclinadas e uma pluralidade de porções intermédias convexo-côncavas combinadas que transmitem directamente; e
Fig. 6 é uma vista em secção transversal de uma forma de realização de uma estrutura óptica de separação, que inclui uma séne de facetas de redireccionamento inclinadas e uma pluralidade de porções de Fresnel intermédias que transmitem directamente.
Descrição Pormenorizada da Invenção
Fazendo agora referência aos desenhos, na Fig. 1 está ilustrada uma estrutura óptica de separação, geralmente indicada pela referência 10, que incorpora os Μ princípios da presente invenção. A estrutura óptica de separação 10 compreende uma porção com a forma de corpo unitário transparente que se prolonga entre uma primeira extremidade larga 23 e uma segunda extremidade distante 25. A porção com a forma de corpo inclui uma porção posterior 12 que tem uma pluralidade de facetas de redireccionamento 20 e áreas intermédias 18 nela formadas e uma porção frontal 14 que tem uma superfície frontal de iluminação 22. A estrutura óptica 10 separa a luz emitada de fontes luminosas dirigidas ortogonal mente representadas esquematicamente pelas setas “A” e “B”, como luz reflectida de relativamente pequena intensidade que sai das facetas de redireccionamento 20 e através da superfície frontal 22 e como luz de relativamente grande intensidade transmitida directamente através da superfície frontal 22 da estrutura 10 em áreas intermédias 18. A estrutura óptica de separação 10 é preferivelmente moldada por injecção de um plástico transparente. A altura, comprimento e espessura globais da estrutura óptica de separação são variáveis dependendo das exigências do projecto de iluminação e/ou de restrições de embalagem do sistema de iluminação.
Como se mostra mais particularmente na Fig. 1, a porção posterior 12 da estrutura óptica 10 inclui uma pluralidade de facetas de redireccionamento inclinadas 20 com áreas intermédias 18 dispostas entre facetas adjacentes 20. A parte frontal 14 inclui uma superfície de iluminação frontal 28 que é preferivelmente plana e pode também incluir uma cobertura de lente 24 adaptada directamente sobre a superfície frontal 22. Prolongando-se da esquerda para a direita na Fig. 1, a espessura da estrutura óptica 10 definida entre a superfície frontal 22 e a porção posterior 12 toma-se progressivamente de tamanho menor. Quer dizer, as áreas intermédias 18 prolongam-se a partir de uma margem anterior de uma faceta 20 até a uma margem posterior de uma faceta adjacente 20 para definir uma porção do corpo com a forma de cunha que se prolonga longitudinalmente desde a primeira extremidade larga 23 até à segunda extremidade distante 25. O funcionamento básico da estrutura óptica de separação 10 é ilustrada na Fig. 2. Uma fonte luminosa 26, tal como um díodo de emissão de luz (“LED”) ou outra fonte luminosa convencional, é acoplada na extremidade larga da estrutura óptica de separação 10 de modo que a luz 28 emitida a partir da fonte 26 seja transmitida substancialmente na direcção longitudinal através da estrutura óptica 10 em direcção às facetas de redireccionamento 20. A luz transmitida passa longitudinalmente através da estrutura óptica 10 de maneira essencialmente não obstruída até entrar em contacto com uma faceta de redireccionamento 20. As facetas de redireccionamento 20 definem superfície interiores reflectoras 30 para a luz nelas incidente de modo que a luz 28 longitudinalmente transmitida que encontra uma faceta de redireccionamento 20 é reflectida afastando-se da superfície reflectora 30 e é redirigida transversalmente em direcção à e através da superfície de iluminação frontal 22 da estrutura óptica de separação 10.
Assim, a luz 28 emitida pela fonte 26 é redirigida pela pluralidade de facetas 20 e é emitida a partir de uma superfície frontal 22 da estrutura óptica 10 ao longo de uma sua área relativamente grande. Como a luz 28 é dispersada pela pluralidade de facetas 20, a luz resultante emitida a partir da superfície frontal 22 efectua uma distribuição de luz de relativamente pequena intensidade.
Superfícies reflectoras 30 de facetas de redireccionamento 20 preferivelmente reflectem luz incidente por reflexão total intema. Como variante ou, 6 em adição, as facetas de redireccionamento 20 podem ser revestidas com um revestimento reflector tal como um revestimento de alumínio depositado em vácuo para reforçar as propriedades reflectoras da faceta.
As facetas de redireccionamento 20 representadas nas Figs. 1 e 2 compreendem facetas paralelas contínuas, uniformemente distanciadas de tamanho e orientação angular uniformes que se prolongam continuamente desde o cimo até ao fundo através da porção posterior 12 da estrutura óptica de separação 10. As facetas de redireccionamento podem, no entanto, ser de tamanhos e de orientações angulares variáveis, podem não ser mutuamente paralelas ou distanciadas uniformemente, ou podem não se prolongar continuamente através da porção posterior da estrutura óptica. Algumas facetas podem ser revestidas com um revestimento reflector e algumas não o ser. O tamanho, espaçamento, orientação, etc., das facetas podem variar para adaptar a estrutura óptica de separação de modo a realizar o mais eficientemente possível os objectivos de iluminação pretendidos. A fonte iluminosa 26 pode ser acoplada com a margem da estrutura óptica de separação 10 por meio de dispositivos ópticos de acoplamento 32, como um elemento colimador de lente de Fresnel e/ou um cone reflector de acumulação da luz, representado esquematicamente em 33, de modo a condicionar a luz dirigida para a estrutura óptica de separação 10.
Outra fonte luminosa 34 pode ser posicionada por trás da área intermédia 18 da estrutura óptica de separação 10. A área intermédia 18, como se define entre as linhas tracejadas 36, representa a área superfície disponível para o conjunto óptico de transmissão, tais como elementos ópticos 60 representados na Fig. 1. Pode apreciar-se que podem ser colocadas fontes luminosas adicionais por trás de uma 7 multiplicidade de áreas intermédias 18 ou que mais do que uma fonte luminosa pode ser posicionada entre duas facetas de redireccionamento adjacentes 20.
Luz 38 emitida pela fonte luminosa 34 é transmitida directamente através da área intermédia 18 da estrutura óptica de separação 10. Em conjunto com a fonte 34 podem ser usados dispositivos ópticos de tratamento como um cone reflector esquematicamente representado por 35 para acumular e convergir a luz.
Visto que na área intermédia 18 ocorre uma relativamente pequena dispersão da luz, a luz 38 transmitida através da área intermédia origina regiões relativamente brilhantes, iluminadas com elevada intensidade quando observadas através da superfície frontal 22 da estrutura óptica 10. Estas regiões de elevada intensidade de luz podem ser onentadas e arranjadas para criar configurações superficiais de luz pretendidas, tais como desenhos, logotipos, texto para sinais ou sinais de stop e/ou mudança de direcção para lâmpadas de sinais de automóveis.
Como se notou, sobre a superfície frontal 22 pode colocar-se um membro de cobertura 24. O membro de cobertura 24 pode compreender uma lente translúcida corada para produzir uma saída de luz de cor a partir da estrutura óptica 10. A cobertura da lente 24 pode também incluir elementos difusores para dispersar a luz transmitida através da superfície frontal 22, como se mostra em 25, proporcionando assim uma grande área iluminada eficaz.
Os elementos ópticos 60 nas áreas intermédias 18 podem ser configurados de várias maneiras diferentes ou em várias combinações a fim de produzir os efeitos de alta intensidade pretendidos. Mais especificamente, e como se mostra nas Figs. 3-6, as áreas intermédias 18 como parte da estrutura óptica de separação 10 podem ser côncavas, convexas, dispositivos ópticos de Fresnel ou holográficos, ou uma sua 8 7% combinação qualquer. O tipo de tratamento óptico proporcionado nas áreas intermédias afecta a transmissão específica da luz de alta intensidade 38 através das áreas intermédias 18 da estrutura óptica 10, tomando dessa forma possível uma variedade de configurações visíveis.
Como se mostra na Fig. 3, a porção posterior 312 da estrutura óptica de separação 310 inclui uma série de superfície côncavas 40 dispostas entre facetas de redireccionamento 20 adjacentes inclinadas. As superfícies côncavas 40 fazem com que a luz transmitida através delas se disperse quando é transmitida.
As superfícies côncavas 40 podem compreender elementos de lentes circulares côncavas discretos ou pode compreender uma superfície arqueada alongada que representa um sector de uma superfície cilíndrica. Além disso, o raio de curvatura da superfície 40 pode ser adaptado para satisfazer as exigências de distribuição e de intensidade da luz de saída.
Como se mostra na Fig. 4, a porção posterior 412 da estrutura óptica de separação 410 pode compreender uma pluralidade de superfície convexas 41 dispostas entre facetas de redireccionamento adjacentes 20. A superfície convexa 41 faz com que a luz transmitida através dela conviija quando é transmitida.
De novo, a superfície convexa 41 pode compreender elementos de lentes convexas circulares discretos ou pode compreender uma superfície arqueada alongada que representa um sector de uma superfície cilíndrica. Além disso, o raio de curvatura da superfície 41 pode ser escolhido de modo a satisfazer as exigências de distribuição de saída e de intensidade da luz.
Como se mostra na Fig. 5, a porção posterior 512 da estrutura óptica de separação 510 pode compreender uma pluralidade de superfícies ópticas de 9 ?Η transmissão directa definida por combinações de superfícies convexas 42 e de superfícies côncavas 44 dispostas entre facetas de redireccionamento adjacentes 20.
Na forma de realização representada na Fig. 5, superfícies côncavas 44 são colocadas centralmente dentro de superfícies convexas 42, e cada superfície côncava 44 tem um raio de curvatura menor do que a superfície convexa 42 em que está sobreposta.
As superfícies côncavas e convexas podem, se a configuração de iluminação pretendida assim o requerer, ser permutadas. Quer dizer, uma superfície convexa de relativamente pequeno raio de curvatura pode ser colocada dentro de uma superfície côncava de maior raio de curvatura. Além disso, podem combinar-se duas ou mais superfícies côncavas 44 com a única superfície convexa 42 (ou duas ou mais superfícies convexas podem combinar-se com uma única superfície côncava). A superfície côncava 44 dispersa a luz transmitida através dela e a superfície convexa 42 converge a luz transmitida através dela. A superfície côncava 44 e a superfície convexa 42 podem compreender elementos de lentes circulares discretos ou podem compreender superfícies arqueadas alongadas que representam sectores de superfície cilíndricas.
Como se mostra na Fig. 6, a porção posterior 612 da estrutura óptica de separação 610 pode compreender uma pluralidade de superfícies de Fresnel 46 que transmitem directamente, colocadas entre facetas de redireccionamento 20 adjacentes. Cada superfície de Fresnel 46 compreende uma pluralidade de facetas que podem rodar em volta de um eixo comum, isto é, o eixo óptico da superfície ou pode compreender facetas lineares paralelas que se prolongam através da área intermédia entre facetas de redireccionamento 20. 10 A invenção foi descrita de uma maneira ilustrativa e não se pretende que a terminologia que foi utilizada seja de natureza de palavras de descrição, de preferência a palavras de limitação. E agora evidente para os especialistas no assunto que são possíveis muitas modificações e variações da presente invenção à luz das indicações antes feitas. Deve portanto compreender-se que, dentro do âmbito das reivindicações anexas, a invenção pode ser praticada de maneira diferente da que especificamente se descreveu.
Lisboa, 7 de Setembro de 2001 O Agente Oficial da Propriedade industrial
JOSÉ DE SAMPAIO A.O.P.L
Rua do Salitre, 195, r/c-Drt. 1269-063 LISBOA

Claims (10)

1 7>f Reivindicações 1. Estrutura óptica de separação (10) que compreende uma parte de corpo unitário transparente (14) que se prolonga entre primeira e segunda extremidades (23, 25), tendo a referida parte com a forma de corpo uma porção anterior que define uma superfície de iluminação anterior (22), uma porção posterior (12) que inclui uma pluralidade de facetas de redireccionamento (20) separadas por áreas intermediárias (18) e um elemento óptico (60) disposto no interior de pelo menos uma das mencionadas áreas intermédias, na qual as citadas facetas redirigem e dispersam a luz recebida de uma das citadas primeira e segunda extremidades em direcção à referida superfície de iluminação anterior e o mencionado elemento óptico dinge luz recebida da citada área intermédia directamente em direcção à referida superfície de iluminação anterior.
2. Estrutura óptica de separação (10) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo facto de incluir ainda uma pluralidade de elementos ópticos (60) dispostos em cada uma das mencionadas áreas intermédias (18) para dirigir luz para a citada superfície de iluminação anterior (22).
3. Estrutura óptica de separação (10) de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo facto de a referida superfície de iluminação anterior (22) ser geralmente planar, as mencionadas áreas intermédias (18) distanciadas serem geralmente paralelas à referida superfície de iluminação frontal planar (22) e as citadas facetas de redireccionamento (25) serem espaçadas pelas citadas áreas intermédias (18) e terem uma superfície reflectora (30) geralmente transversal à mencionada superfície anterior e às citadas áreas intermédias.
4. Estrutura óptica de separação (10) de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo facto de as referidas áreas intermédias (18) se prolongarem a partir de uma margem anterior de uma das mencionadas facetas (20) em direcçào à margem posterior da citada faceta adjacente (20) definindo uma porção do corpo com a fprma de cunha que se prolonga longitudinalmente a partir de uma primeira extremidade larga (23) em direcção a uma segunda extremidade distante (25).
5. Estrutura óptica de separação (10) de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo facto de a referida superfície de iluminação anterior (22) incluir uma lente de protecção (24) para conformar a luz dirigida a partir das citadas facetas (20) e mencionados elementos ópticos (60) para se obter uma configuração pré-determinada.
6. Estrutura óptica de separação (10) de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo facto de as referidas facetas de redireccionamento (20) incluírem um revestimento de alumínio depositado em vácuo.
7. Estrutura óptica de separação (310) de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo facto de os referidos elementos ópticos (60) incluírem uma superfície côncava (40) que se prolonga entre as mencionadas facetas de redireccionamento (20) adjacentes.
8. Estrutura óptica de separação (410) de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo facto de os referidos elementos ópticos (60) incluírem uma superfície convexa (41) que se prolonga entre as citadas facetas de redireccionamento (20) adjacentes.
9. Estrutura óptica de separação (510) de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo facto de os referidos elementos ópticos (60) incluírem uma porção 3 de superfície convexa (42) e uma porção de superfície côncava (44) que se prolongam entre as mencionadas facetas (20) de redireccionamento adjacentes.
10. Estrutura óptica de separação (610) de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo facto de os referidos elementos ópticos (60) incluírem uma pluralidade de facetas (46) dispostas transversalmente à mencionada superfície de iluminação anterior planar (22) entre as citadas facetas de redireccionamento adjacentes (20). Lisboa, 7 de Setembro de 2001 O Agente Oficial da Propriedade Industrial
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