PT700530E

PT700530E - Cabo de fibra optica para iluminacao lateral

Info

Publication number: PT700530E
Application number: PT94918056T
Authority: PT
Inventors: Brett M Kingstone
Original assignee: Super Vision Int Inc
Priority date: 1993-05-21
Filing date: 1994-05-20
Publication date: 2001-11-30
Also published as: AU6954094A; WO1994028451A1; ATE204654T1; DK0700530T3; DE700530T1; EP0700530A4; HK1003949A1; ES2162864T3; US5333228A; AU686172B2; CA2162138C; DE69428044T2; US5617496A; EP0700530B1; EP0700530A1; DE69428044D1; JPH08510847A; CA2162138A1

Description

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DESCRIÇÃO "CABO DE FIBRA ÓPTICA PARA tt.ttmiH»ÇÃO LATERAL" A invenção refere-se de uma maneira geral a iluminação por fibra óptica; e, em particular, a um cabo de fibra óptica aperfeiçoado que proporciona iluminação pela transmissão lateral de luz.

Antecedentes da Invenção

Uma «fibra óptica» é um filamento de vidro ou plástico alongado com uma região nuclear rodeada por uma ou mais camadas de revestimento, tendo a referida região nuclear um índice de refracção maior que o do revestimento, de maneira que a luz introduzida numa extremidade da fibra será reflectida internamente para transmissão longitudinal dentro do canal do núcleo até à outra extremidade da fibra. Um «cabo de fibra óptica» é constituído por um invólucro que rodeia várias fibras ópticas. Para mais pormenores relativos a fibras ópticas, consultar, por exemplo, a Patente US N°4.744.631.

Além de transmitir a luz de uma forma longitudinal, um cabo de fibra óptica convencional também transmite a luz lateralmente. Para comunicações de dados, é feito um esforço para minimizar esta transmissão lateral; contudo, a iluminação lateral é útil para a área de iluminação e de utilização de projectores, por exemplo à volta de piscinas, passeios, sinais e outras aplicações para iluminação de segurança e com pendor decorativo. Neste contexto, têm sido feitas tentativas para maximizar as emissões laterais, de maneira a obter uma iluminação lateral uniforme ou «brilho» ao longo do comprimento do cabo. 1 Γ u

Exemplos de dispositivos de cabos de fibra óptica de iluminação lateral usados para fins de iluminação de segurança ou decorativa podem ser encontrados nos patentes US iu~s 4.933.815 e 4.763.984. Estes cabos de fibra óptica ou canais de luz utilizam métodos especiais de fabricação, tais como, a inclusão no núcleo de camadas sensíveis ao actínio ou outros materiais para dispersão da luz para ajudar a salientar a dispersão lateral do fluxo da luz incidente.

Outras tentativas, que não exigem fibras especialmente fabricadas, agrupam simplesmente grande número de fibras umas sobre as outras, quer individualmente, quer em feixes bobinados em hélice e revestem essas fibras com um invólucro de plástico ou cabo transparentes. Estes feixes não são eficientes do ponto de vista do custo e da iluminação. As fibras centrais do cabo não têm utilidade devido ao facto do núcleo central das fibras nestes cabos não contribuir para iluminação visível. Além disso, as fibras centrais podem na realidade prejudicar o modo de transmissão lateral das fibras do perímetro, provocando a absorção e atenuação da luz dirigida para o centro. O documento US 4.885.663 descreve um painel emissor de luz com uma fibra tecida. Numa forma de realização, o material é constituído por fibras ópticas multi-fio colocadas à volta do núcleo e revestido de material plástico.

Sumário da Invenção

Num aspecto, a invenção proporciona um cabo de fibra óptica de iluminação lateral, conforme definido na reivindicação 1.

Num segundo aspecto, a invenção proporciona um cabo de fibra óptica de iluminação lateral, conforme definido na reivindicação 4.

Uma vantagem da invenção reside no facto dela proporcionar um cabo de fibra óptica de iluminação lateral com uma boa 2

relação custo-eficácia, em que é eliminada a colocação de fibras ópticas não utilizadas no núcleo central. uma outra vantagem da invenção é que pode proporcionar um cabo de fibra óptica de iluminação lateral, em que a luz dirigida para o interior a partir das fibras do perímetro é reflectida para o exterior.

Ainda outra vantagem da invenção, em pelo menos um aspecto, é que pode proporcionar um cabo de fibra óptica de iluminação lateral com meios convenientes para montar um certo comprimento de cabo de fibra óptica numa estrutura de suporte.

Numa forma de realização preferida, um cabo de fibra óptica tem várias fibras ópticas perimetricamente localizadas numa região em anel entre um núcleo central tubular reflector e um invólucro tubular transparente exterior. Numa disposição descrita em mais pormenor a seguir, o cabo tem uma série de feixes de fibras uniformemente distribuídos em intervalos equiangulares à volta de um tubo revestido com uma fita ou revestimento reflectores. Numa segunda disposição discutida mais à frente, são consideradas séries destes cabos com cortes em abóboda e com regiões do núcleo ocas, que se ajustam sobre projecções complementares de trilhos de fixação correspondentes de réguas de montagem reflectoras, que se estendem linearmente. Um método de fabrico do cabo inclui cablagem, envolvimento ou bobinagem de feixes de fibras à volta do perímetro do núcleo tubular enquanto o mesmo passa através de um extrusor para lhe aplicar uma cobertura ou invólucro de plástico transparente. 0 material de revestimento é injectado com um estabilizador de UV durante o fabrico para proteger o cabo do amarelecimento devido ao sol, e é usada uma capa protectora transparente à volta dos feixes para evitar que as fibras fundam durante o processo de extrusão. 3

u A disposição perimétrica aperfeiçoada pode eliminar a necessidade no núcleo central de fibras não utilizadas, e o núcleo central reflector cabos aperfeiçoados serve para deflectir a luz transmitida lateralmente e dirigida para o interior de volta na direcção do perímetro do cabo, desta forma melhorando a luminosidade do cabo, enquanto reduz o número de fibras necessárias para produzir cabos com o mesmo diâmetro.

Breve descrição dos desenhos

Formas de realização da invenção são agora descritas, apenas a título de exemplo, com referência às figuras 1 a 3 dos desenhos. Um outro exemplo (apenas para informação técnica) é também descrito com referência à figura 4. Nos desenhos: A figura 1 é uma vista em corte transversal de um cabo de fibra óptica de iluminação lateral de acordo com uma forma de realização da invenção; A figura 2 é uma vista esquemática de um processo de fabrico apropriado para construir o cabo da figura 1; A figura 3 é uma vista em perspectiva fragmentada, em corte, mostrando uma forma de realização modificada do cabo da figura 1 empregada num sistema de iluminação por trilhos; e a figura 4 é uma vista fragmentada em corte de outro exemplo de cabo de fibra óptica.

Nos desenhos, elementos idênticos são referenciados por números idênticos.

Descrição Pormenorizada De Formas De Realização Preferidas.

Como se mostra na figura 1, um cabo de fibra óptica 10 de iluminação lateral inclui um núcleo central com a forma de tubo circular oco 12 que se prolonga longitudinalmente tendo uma superfície exterior cinlíndrica 14. A tubagem é feita de 4

material reflector revestido ou colocado de maneira a transmitir a reflecção da luz para a superfície 14. Vários feixes 15 previamente reunidos de fiaras cpticas 16 são umtormemente distribuídos em circunferência à volta do perímetro do núcleo 12 para axialmente se prolongar em contacto com a superfície reflectora 14.

Os feixes 15 são por sua vez revestidos com um tubo de plástico transparente ou invólucro 17 que tem uma superfície interior cilíndrica 18 em contacto com as extremidades radiais dos feixes 15. 0 revestimento 17 corre longitudinalmente com o mesmo eixo do tubo 12, sendo os grupos distribuídos em ângulos uniformes à volta de um eixo longitudinal 19 numa região em anel formada no espaço entre as superfícies 14 e 18. Os feixes 15 podem ficar direitos ou serem enrolados em hélice à volta do núcleo 12 na direcção axial.

Numa aplicação típica, será montado um certo comprimento de cabo 10 à volta de uma piscina, de um passeio, de um sinal ou estrutura semelhante e iluminado acoplando o fluxo de luz numa ou em ambas as extremidades, usando uma fonte de luz, por exemplo do tipo descrito de uma forma geral nas patentes US N°s 4.825.341; 4.922.385 e 5.016.152. Cada extremidade de cabo a iluminar é desnudado para remover comprimentos do invólucro 17 e do núcleo 12, deixando as restantes extremidades dos grupos para serem reunidas umas às outras para uma entrada de luz eficiente. Ao contrário dos cabos da tecnologia anterior, em que a luz dirigida para o interior e transmitida lateralmente é atenuada e «perdida» no centro do cabo, a luz emitida para o interior pela fibras 16 do cabo 10 serão reflectidas pela superfície 14 para o exterior na direcção do perímetro do cabo 10. Não haverá assim necessidade de preencher a região do núcleo com fibras, como acontece convencionalmente. Pelo contrário, a acção de reflecção na superfície 14 aumenta o brilho do cabo «luminoso», enquanto reduz o custo quando comparado com o dos cabos convencionais de 5

u igual diâmetro, o que torna desnecessário encher o núcleo com fibras adicionais.

Numa forma de realização preferida de fabrico, feixes 15 comercialmente disponíveis de fibras torcidas helicoidalmente 16 são cablados, envolvidos ou bobinados sobre uma tubagem 12 de plástico PVC branco ou prateado reflector, passado então através de uma máquina de extrusão de plástico, a qual deixará uma camada transparente de revestimento de tubo plástico PVC 17 sobre o núcleo de feixes envolvidos para servir como um revestimento exterior de protecção. Na forma de realização preferida, é injectado um estabilizador UV na tubagem 17 à medida que ela é formada, para proteger o cabo do amarelecimento devido aos raios do sol, e uma capa 20 de Mylar ou Teflon transparente é enrolada à volta do diâmetro exterior da camada dos feixes 15 para evitar que os feixes 15 se entrelacem durante o processo de cablagem e para evitar que as fibras 16 se fundam durante o processo de extrusão do revestimento 17 sobre o invólucro dos feixes. Para melhoria da capacidade reflectora, ou como alternativa à utilização de material de tubagem reflector, a superfície 14 pode ser envolvida com uma camada de folha de alumínio ou de fita de Mylar (folha do lado exterior) 21 ou revestida com Ti02 ou tinta branca reflectora.

Um exemplo de implementação do processo de fabrico está representado na figura 2. Um determinado comprimento de tubagem oca 12 é desenrolada de um tambor 22 e introduzida numa direcção axial 23. Um distribuidor de fita 24 roda à volta do tubo 12 para enrolar um determinado comprimento de fita reflectora 21 helicoidalmente à volta da tubagem 12. Uma série de feixes de fibras 15 são então colocados logitudinalmente a intervalos equiangulares ao longo da tubagem revestida pela fita reflectora. Um segundo distribuidor de fita 25 roda então à volta da tubagem 12 numa direcção contrária à da rotação do distribuidor 24, para enrolar um determinado comprimento de fita 6

^ protectora transparente 20 helicoidalmente à volta da tubagem 12 dos feixes. A tubagem envolvida por fita protectora é então introduzida r^ni-r-a isente através cie um extrusor 26, que tem uma tinta 28 que forma um invólucro 18 sobre os feixes envolvidos, produzindo desta forma o cabo final 10.

Para fabrico de um cabo de fibra óptica de 14,7 mm (0,580'')com 98 elementos, o núcleo 12 pode ser apropriadamente constituído por um tubo de PVC de 7,9 mm (0,312'') de diâmetro exterior x 4,0 mm (0,56'')de diâmetro interno; o invólucro 17 pode ser um invólucro de PVC transparente de 1 mm (0, 040'') de diâmetro; e os feixes 15 podem ser constituídos por 14 grupos de elementos de fibra óptica 7 x 0,76 mm (0,030'') distribuídos uniformemente. Utilizando um núcleo central de material reflector, as fibras são colocadas de forma eficiente para que a sua contribuição para a iluminação visível do exterior não seja inútil por se perder devido à colocação na região do núcleo central. A parte oca 27 do tubo 12 é deixada sem fibras, contribuindo naturalmente para a iluminação lateral visível. A parte oca 27 pode, contudo, ser utilizada opcionalmente para o prolongamento da cablagem eléctrica para as fontes de luz afastadas, para estender fibras para transportar luz para cabos montados em série ou dispositivos de sinalização, ou para outros objectivos de ligação semelhantes. Quando a luz deva ser comunicada por transmissão longitudinal através da parte oca 27, a superfície interior 28 do tubo 12 pode também ser tornada reflectora. Este tratamento reflectirá de volta emissões laterais para as fibras localizadas internamente para aumentar a transmissão longitudinal através do centro protegido da região do núcleo. A figura 3 mostra uma disposição modificada 10' de um cabo 10, em que um corte com segmento em abóbada 30 de aproximadamente 90° foi colocado transversalmente para acompanhar todo o comprimento do cabo 10' . O corte 30 7

proporciona uma abertura longitudinal 31 na parte oca 27' do tubo 12' . A abertura 31 é rodeada por paredes radialmente diriaidas 32. 33. que sãc formadas puj. franges dirigidas para o interior de um recipiente transparente 17' em forma de C e cortado transversalmente. Feixes 15 de fibras 16 idênticos ao do cabo 10 enchem a zona em anel formada na separação entre a superfície exterior 14' do tubo 12' e a superfície interior 18' do revestimento 17' . No caso do exemplo apresentado, o espaço é preenchido por 70 fibras constituídas por 10 feixes de 7 fibras cada um.

Uma faixa de montagem 35, que se prolonga longitudinalmente, tem uma base 36 com uma superfície posterior plana 37 vertical e uma superfície frontal 38 com trilhos de fixação 39, 40 superiores e inferiores separados, projectando-se para a frente, que se salientam da faixa e correm longitudinalmente ao longo dela. Os trilhos 39 incluem uma secção transversal triangular, tendo uma protuberância circular 42 no seu apex. Os lados 43, 44 do triângulo do trilho 39 complementam as paredes dirigidas radialmente 32, 33 do corte 30 e a protuberância 42 complementa o diâmetro da parte oca 27', de tal maneira que o comprimento da cablagem 10' pode ser encaixada por estalo no trilho 39 para o fixar à faixa 35. O trilho 40 é formado de forma idêntica para receber um segundo comprimento de cabo 10' com encaixe por estalo de forma semelhante. O trilho 35 pode ser posicionado como se desejar à volta de uma piscina, de um passeio, de um sinal ou de outra estrutura a iluminar, ou a acentuar por iluminação lateral por fibras ópticas. Parafusos de fixação 46 podem ser introduzidos em orifícios 47 localizados nos pontos intermediários axialmente separados dos trilhos 39, 40 para fixar o trilho 35 na sua posição. O espaço 48, que mostra uma superfície frontal 38 entre os trilhos 39, 40 após a montagem neles dos cabos respectivos 10', pode ser feito de ou revestido por uma substância 8

f u reflectora para proporcionar o efeito de uma iluminação lateral continua desde a aresta de topo 4 9 até à aresta de fundo 50 ao longo da faixa 35. Como no caso do rabo 10, uma ou maia fontes de luz 52 são dirigidas axialmente para uma ou ambas as extremidades de cada cabo 10'. A figura 4 mostra outro cabo 10'' semelhante ao cabo 10' da figura 3, mas que integra as funções do núcleo 12' e do revestimento 17' numa faixa de montagem modificada 35''. A faixa 35'' tem uma base 36a' com uma superfície posterior plana vertical 37" e uma superfície frontal 38'tendo trilhos 39'', 40'' superior e inferior separados que dela se salientam e que correm longitudinalmente ao longo da referida faixa. Cada trilho 39'', 40'' compreende um segmento em arco 42'', definindo um canal interior 41, que se prolonga longitudinalmente, através do qual uma série de feixes 15 de fibras 16 pré-agrupadas é inserida. A superfície posterior 45 de cada canal 41 torna-se reflectora, como o espaço 48'' exposto na superfície frontal 38'' entre trilhos 39'', 40''. Isto pode ser conseguido utilizando um material transparente para o trilho 35'' e aplicando uma sustância reflectora sobre as superfícies 45 e o espaço 48'', ou, como está representado, aplicando um material reflector, por exemplo um forro de folha metálica 51 sobre a superfície 35''. O cabo 10'' pode ser facilmente fabricado reunindo feixes 15 em grupos superior e inferior, envolvendo uma cobertura protectora transparente 20'' à volta dos feixes agrupados separados, e passando depois os feixes através de extrusor o qual forma o perfil da faixa de montagem à volta dos feixes agrupados. Neste caso, a superfície posterior 45 dos canais 41 serve o objectivo do núcleo reflector 12 e os segmentos 42'' executam o papel do invólucro de alojamento 17.

Ainda que os cabos 10, 10', 10" sejam apresentados preenchidos com fibras 16 pré-bobinadas em feixes 15, deve entender-se que os mesmos cabos podem ser conseguidos, usando 9

fibras individuais sem serem em feixes, se tal for o caso. Além disso, os especialistas na arte à qual a invenção se refere deverão considerar que oodem também scr feitas outras substituições e modificações às formas de realização descritas sem se sair do âmbito da invenção definida pelas reivindicações que se seguem.

Lisboa, 24 de Agosto de 2001

O AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL 10

Claims

r REIVINDICAÇÕES 1. Cabo de fibra óptica (10) para iluminação lateral, compreendendo: um núcleo central alongado (12), tendo uma superfície exterior (14) reflectora da luz; uma série de fibras ópticas (16) distribuídas perimetricamente à volta do núcleo e prolongando-se axialmente ao longo da superfície reflectora, proporcionando as fibras, durante a utilização, emissão lateral de luz que se propaga ao longo das fibras; e um invólucro tubular transparente (17), que se prolonga ao longo do núcleo à volta das fibras ópticas.
2. Cabo de acordo com a reivindicação 1, em que o núcleo (12) é tubular.
3. Cabo de acordo com a reivindicação 1, em que o núcleo (12) é um tubo circular oco, a superfície exterior (14) do núcleo é cilíndrica, o invólucro tubular (17) é circular e as fibras são localizadas na região em anel formada pela distância entre a superfície exterior (14) do núcleo e o invólucro (17) .
4. Cabo de fibra óptica (10') de iluminação lateral, que compreende: um núcleo central (12') oco alongado, tendo uma superfície exterior reflectora da luz (14'); uma série de fibras ópticas (16) distribuídas à volta do núcleo e prolongando-se axialmente ao longo do mesmo núcleo, 1

u

f proporcionando as fibras, durante a utilização, a emissão lateral de luz propogando-se ao longo das fibras; e um invólucro transparente (17'), que se prolonga ao longo do núcleo à volta das fibras ópticas; em que o invólucro (17') e o núcleo (12') têm uma forma de corte transversal correspondendo a um circulo com um segmento em arco removido.
5. Cabo de acordo com qualquer das anteriores reivindicações, em que a série de fibras ópticas está disposta em feixes (15) .
6. Cabo de acordo com a reivindicação 5, em que os feixes (15) são distribuídos à volta do núcleo.
7. Cabo de acordo com a reivindicação 6, em que os feixes (15) estão uniformemente distribuídos à volta do núcleo.
8. Cabo de acordo com as reivindicações 5, 6 ou 7, em que as fibras (16) em cada feixe (15) são torcidas em hélice.
9. Cabo de acordo com as reivindicações 5, 6 7 ou 8, em que os feixes (15) fazem contacto simultâneo com o núcleo e com o invólucro.
10. Cabo de acordo com as reivindicações 5, 6, 7 ou 8, compreendendo também um revestimento (20) de material transparente colocado à volta da série de feixes.
11. Cabo de acordo com a reivindicação 10, em que os feixes (15) são mantidos a direito longitudinalmente com intervalos equiangulares numa única camada ao longo do núcleo (10; 10"). 2
12. Cabo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, em que a superfície exterior reflectora do núcleo é obtida c âu^icu oOm um mciLtíiidj. reriector (Zl) .
13. Sistema de iluminação, compreendendo um certo comprimento de cabo de fibra óptica (10; 10') , tal como é definido em qualquer das reivindicações anteriores, e uma fonte de luz (52) para dirigir luz para as extremidades das fibras ópticas do cabo para proporcionar iluminação lateral das fibras. Lisboa, 24 de Agosto de 2001 0 AGENTE OFICIAL DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL