WO2010112637A1 - Reflector de revolución con estructura facetada basada en el número áureo - Google Patents

Reflector de revolución con estructura facetada basada en el número áureo Download PDF

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    • G02B5/09—Multifaceted or polygonal mirrors, e.g. polygonal scanning mirrors; Fresnel mirrors

Definitions

  • This structure has a non-regular (unordered) facet distribution, without radial alignment or revolution symmetry, which improves photometric properties, providing greater uniformity of the projected light, free of the image of the light source, and free of shadows. radial and ring shadows typical of the faceted structure.
  • a reflector directs in a controlled manner the light that is generated by a light source, allowing adequate illumination of the object to be illuminated - uniformity, distribution and illuminance levels.
  • the reflectors are constituted by surfaces of revolution based on curves with parabolic, elliptical profile or variants thereof.
  • every source of light on emits light spatially and angularly in a non-uniform manner. That is, there are luminance contrasts in the light source that can have a negative impact on the distribution of the projected light.
  • a revolution reflector with a completely smooth and mirrored surface finish probably produces, with a halogen lamp, shadows due to the projected image of the tungsten spiral of the lamp, and, with a discharge lamp, the wire that holds the burner .
  • the first is to use a surface that does not have fully specular reflection, that is, a reflective surface with a diffuse component - matt or semi-surface. Therefore, the surface of the reflector does not act as a mirror and no image is formed.
  • a surface that does not have fully specular reflection that is, a reflective surface with a diffuse component - matt or semi-surface. Therefore, the surface of the reflector does not act as a mirror and no image is formed.
  • there is no optimal control of the orientation of the light or of the intensity distribution there is no optimal control of the orientation of the light or of the intensity distribution.
  • the efficiency of the system is usually lower because the number of reflections in the reflector is increased.
  • Another method that allows the destruction of the image of the light source, used in most of the current high performance reflectors, consists in conferring on the surface of the reflector one. regular structure consisting of facets
  • REPLACEMENT SHEET (Rule 26) arranged according to an ordered distribution. There are several types of ordering of these facets.
  • Figure 1a, 1b and 1c we illustrate the typical distributions. Each point represents the position of the facet in a view of a plane perpendicular to the axis of revolution of the reflector.
  • Figure 1a shows a typical distribution with a radial alignment of facets that constitute different rings.
  • Figure 1b there is an angular offset between facets of different rings
  • Figure 1c a radial alignment of facets between neighboring rings of its neighbors is obtained - angular offset equal to half of the angular period -.
  • the present invention consists of a reflector of revolution that has an internal surface with a structure constituted by facets arranged according to a distribution based on the golden number (Figure 1d), also called number
  • Phi, ⁇ (1 + 5 1/2 ) / 2 s 1 618, which presents a non-regular (unordered) facet distribution, without radial alignment or revolution symmetry. As a consequence, it increases the destruction of the image of the light source and reduces the image of
  • the faceted structure itself, providing a light pattern free of radial shadows (stretch marks) and ring shadows. Therefore, it improves the uniformity of the projected light.
  • REPLACEMENT SHEET (Rule 26) preferred directions of the projected light. With this, the disorder in the arrangement of the facets provides a high destruction of the image formed.
  • Figure 1 Different facet distributions are shown in a view of a plane perpendicular to the z axis of revolution, where each point represents a facet.
  • Figure 1c shows three typical distributions. These have a radial order and revolution symmetry.
  • Figure 1d represents a distribution based on the number Phi, propia, typical of the invention. This does not present radial ordering or revolution symmetry, which improves the photometric characteristics of the projected light.
  • REPLACEMENT SHEET (Rule 26) faceted with a distribution of the invention for the particular case of being constituted by facets with spherical surfaces.
  • FIG. 6 The projection of three consecutive arbitrary spherical surfaces Ei -1 , E, and E 1 + 1 is shown in a plane perpendicular to the z axis of the reflector. It is shown that the angle that forms the projection of two consecutive tangency points P, and P, +1 in a plane perpendicular to the z axis of the reflector with respect to the origin is constant and equal to the Golden Angle, ⁇ ⁇ p
  • Figure 7 A three-dimensional geometry resulting from positioning spherical surfaces according to a distribution based on the PN number of the present invention is presented, for the particular case of spherical surfaces.
  • FIG 8. A final reflector is shown for the particular case of spherical surfaces, resulting from making a revolution cut to the geometry presented in Figure 7, which provides a smooth surface on the external faces of the reflector and a characteristic faceted structure of The invention on the internal face of the reflector.
  • FIG. 9 A plan view of a reflector object of the invention is presented.
  • FIG. 10 A side view of a fourth reflector object of the invention is shown for the case of spherical facets resulting from a cut by the YOZ plane and another cut by the XOZ plane.
  • the present invention consists of a reflector of revolution that has an internal surface with a structure consisting of facets arranged according to a distribution based on the Golden Number ( Figure 1d), which has a non-regular (unordered) facet arrangement, without radial alignment No symmetry of revolution.
  • Figure 1d Golden Number
  • Figure 1d the Golden Number
  • it offers a greater degree of destruction of the image of the source, since the structure does not have preferred planes or directions as it is an unordered facet arrangement, and reduces the image of the faceted structure itself by providing a light pattern free of radial shadows and ring shadows. Therefore, it presents a greater uniformity of the projected light.
  • REPLACEMENT SHEET (Rule 26) Let P be the surface with revolution symmetry with respect to the z axis resulting from the revolution of the profile curve P (r) corresponding to the reflector. On the other hand, let S ⁇ be a surface such that it is tangent to the surface P at point P 1 . Figure 2 shows the surfaces P and S ⁇ .
  • the previous condition is illustrated in Figure 3.

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Abstract

La presente invención consiste en un reflector de revolución que presenta una superficie interna con una estructura constituida por facetas dispuestas según una distribución basada en el número Phi, lo que proporciona una estructura de facetas no regular (no ordenada), sin alineamiento radial ni simetría de revolución. Ello mejora la uniformidad de la luz proyectada, puesto que aumenta la destrucción de la imagen de la fuente de luz y reduce la imagen de la propia estructura facetada.

Description

REFLECTOR DE REVOLUCIÓN CON ESTRUCTURA FACETADA BASADA EN
EL NÚMERO ÁUREO
La presente invención consiste en un reflector de revolución para iluminación que presenta una superficie interna con una estructura constituida por facetas dispuestas según una distribución basada en el número áureo, también denominado número Phi, Φ = (1+51/2)/2 « 1.618. Esta estructura presenta una distribución de facetas no regular (no ordenada), sin alineamiento radial ni simetría de revolución, que mejora las propiedades fotométricas, proporcionando mayor uniformidad de Ia luz proyectada, libre de Ia imagen de Ia fuente de luz, y libre de sombras radiales y sombras en anillo propias de Ia estructura de facetas. ESTADO DE LA TECNOLOGÍA
Un reflector dirige de manera controlada Ia luz que es generada por una fuente luminosa, posibilitando una adecuada iluminación del objeto a iluminar - uniformidad, distribución y niveles de iluminancia-. Generalmente, los reflectores están constituidos por superficies de revolución basadas en curvas con perfil parabólico, elíptico o variantes de ellas. Sin embargo, toda fuente de luz encendida emite luz espacial y angularmente de manera no uniforme. Es decir, existen contrastes de luminancia en Ia fuente de luz que pueden repercutir negativamente en Ia distribución de Ia luz proyectada. Un reflector de revolución con un acabado superficial totalmente liso y espejado produce, probablemente, con una lámpara halógena, sombras debido a Ia imagen proyectada de Ia espira de wolframio de Ia lámpara, y, con una lámpara de descarga, el alambre que sujeta el quemador.
Existen principalmente dos estrategias que evitan este fenómeno y proporcionan un patrón de luminancia uniforme, libre de imágenes y sombras. La primera es utilizar una superficie que no tenga reflexión completamente especular, es decir, una superficie reflexiva con una componente difusa -superficie mate o semimate-. Por consiguiente, Ia superficie del reflector no actúa como un espejo y no se forma imagen. Por contra, no hay un control óptimo de Ia orientación de Ia luz ni de Ia distribución de intensidad. Además, Ia eficiencia del sistema suele ser menor debido a que es incrementado el número de reflexiones en el reflector.
Otro método que permite Ia destrucción de Ia imagen de Ia fuente de luz, usado en Ia mayor parte de los reflectores actuales de altas prestaciones, consiste en conferir en Ia superficie del reflector una. estructura regular constituida por facetas
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) dispuesta según una distribución ordenada. Existen varios tipos de ordenamiento de estas facetas. En Ia Figura 1a, 1b y 1c ilustramos las distribuciones típicas. Cada punto representa Ia posición de Ia faceta en una vista de un plano perpendicular al eje de revolución del reflector. La Figura 1a muestra una distribución típica con un alineamiento radial de facetas que constituyen anillos distintos. En Ia Figura 1b existe un desfase angular entre facetas de anillos distintos, mientras que en Ia Figura 1 c se obtiene un alineamiento radial de facetas entre anillos vecinos de sus vecinos -desfase angular igual a Ia mitad del periodo angular -.
Estas distribuciones de facetas permiten Ia destrucción de Ia imagen de Ia fuente luminosa y un control de Ia distribución de luz. Sin embargo, Ia propia estructura facetada regular puede provocar sombras como resultado de Ia superposición de Ia imagen que forma cada faceta. En particular, estas estructuras son susceptibles a presentar
• sombras radiales, debido a que todas estas estructuras tienen un alineamiento u ordenación radial de facetas,
• y/o sombras en anillo, debido a que todas las estructuras tienen una simetría de revolución con respecto al eje de revolución del reflector.
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención consiste en un reflector de revolución que presenta una superficie interna con una estructura constituida por facetas dispuestas según una distribución basada en el número áureo (Figura 1d), también denominado número
Phi, Φ = (1+51/2)/2 s 1 618, que presenta una distribución de facetas no regular (no ordenada), sin alineamiento radial ni simetría de revolución. Como consecuencia, aumenta Ia destrucción de Ia imagen de Ia fuente luminosa y reduce Ia imagen de
Ia propia estructura facetada, proporcionando un patrón luminoso libre de sombras radiales (estrías) y sombras en anillo. Por ello, mejora Ia uniformidad de Ia luz proyectada.
VENTAJAS DE LA INVENCIÓN
A continuación señalamos las ventajas de Ia presente invención, siendo éstas meramente enunciativas y no limitativas de Ia misma:
• Mayor grado de destrucción de Ia imagen de Ia fuente de luz, puesto que con Ia estructura facetada propia de Ia invención no se presentan planos o
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) direcciones preferentes de Ia luz proyectada. Con ello, el desorden en Ia disposición de las facetas proporciona una alta destrucción de Ia imagen formada.
• Reducción de aparición de sombras radiales en el patrón de luminancia de Ia luz proyectada propias de Ia estructura facetada del reflector, dado que tal estructura no presenta alineamiento radial.
• Reducción de Ia aparición de sombras en anillo en el patrón de luminancia propias de Ia estructura facetada del reflector, dado que tal estructura no presenta simetría de revolución.
DESCRIPCIÓN DE LOS DISEÑOS
Para una mejor comprensión de Ia presente memoria se acompañan los dibujos adjuntos que muestran ejemplos de realización, no limitativo, del objeto de Ia invención y en los que:
Figura 1. Se muestran distintas distribuciones de facetas en una vista de un plano perpendicular al eje z de revolución, en donde cada punto representa una faceta.
Todas las distribuciones tienen el mismo número de facetas. En Ia Figuras 1a, 1 b y
1c se muestras tres distribuciones típicas. Éstas tienen un ordenamiento radial y simetría de revolución. La Figura 1d representa una distribución basada en el número Phi, Φ , propia de Ia invención. Ésta no presenta ordenamiento radial ni simetría de revolución por Io que mejora las características fotométricas de Ia luz proyectada.
Figura 2. Se representa Ia superficie P resultante de Ia revolución de Ia curva perfil
P(r) propia del reflector respecto al eje del reflector z. También es representada una superficie S¡ que contribuye en Ia formación de Ia estructura superficial interna del reflector. El punto de tangencia entre las superficies P y S¡ tiene lugar en P1 ≡ (r, eos
Φ „ r, sen Φ „ P(r,)).
Figura 3. Se representa una disposición basada en el número Phi, propia de Ia invención, en donde cada punto representa el punto P1 de tangencia entre Ia superficie P y Ia superficie S¡. Son señalado en negrita tres puntos arbitrarios consecutivos, P1-1, P, y P1+1. Todos los puntos P1 cumplen que r,_-ι ≤ r, < rl+1 y Φ l+1 = Φ,
+ Φψ, siendo Φ φ el Ángulo Áureo.
Figura 4. Se muestra Ia disposición de una superficie esférica E1 que es tangente a
Ia curva perfil P(r) en el punto P1, Ia cual contribuye a Ia formación de una estructura
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) facetada con una distribución propia de Ia invención para el caso particular de estar constituido por facetas con superficies esféricas.
Figura 5. Para el caso particular de un reflector objeto de Ia invención constituido por facetas con superficies estéricas, se muestra un conjunto de cinco esferas arbitrarias consecutivas (E1, E1+1, E1+2, E,+3l El+4}. Todas ellas son tangentes a Ia curva perfil P(r) en P, = (r, eos Φh r, sen Φ,, P(r,)) y cumplen que r, ≤ rl+1.
Figura 6. Se muestra Ia proyección de tres superficies esféricas arbitrarias consecutivas Ei-1, E, y E1+1 en un plano perpendicular al eje z del reflector. Se muestra que el ángulo que forma Ia proyección de dos puntos de tangencia consecutivos P, y P,+1 en un plano perpendicular al eje z del reflector con respecto al origen es constante e igual al Ángulo Áureo, Φ<p
Figura 7. Es presentada una geometría tridimensional resultante de posicionar superficies esféricas de acuerdo a una distribución basada en el número PN propia de Ia presente invención, para el caso particular de superficies esféricas.
Figura 8. Es mostrado un reflector final para el caso particular de superficies esféricas, resultante de efectuar un corte de revolución a Ia geometría presentada en Ia Figura 7, Io que proporciona una superficie lisa en las caras externas del reflector y una estructura facetada característica de Ia invención en Ia cara interna del reflector.
Figura 9. Es presentada una vista en planta de un reflector objeto de Ia invención.
Figura 10. Se muestra una vista lateral de un cuarto de reflector objeto de Ia invención para el caso de facetas esféricas resultante de un corte por el plano YOZ y otro corte por el plano XOZ.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención consiste en un reflector de revolución que presenta una superficie interna con una estructura constituida por facetas dispuestas según una distribución basada en el Número Áureo (Figura 1d), que presenta una disposición de facetas no regular (no ordenada), sin alineamiento radial ni simetría de revolución. Como consecuencia, ofrece un mayor grado de destrucción de Ia imagen de Ia fuente, puesto que Ia estructura no presenta planos o direcciones preferentes al ser una disposición de facetas no ordenada, y reduce Ia imagen de Ia propia estructura facetada proporcionando un patrón luminoso libre de sombras radiales y sombras en anillo. Por ello, presenta una mayor uniformidad de Ia luz proyectada.
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) Sea P Ia superficie con simetría de revolución respecto al eje z resultante de Ia revolución de Ia curva perfil P(r) correspondiente al reflector. Por otro lado, sea S¡ una superficie tal que es tangente a Ia superficie P en el punto P1. En Ia Figura 2 se representan las superficies P y S¡.
El conjunto de superficies {S¡}, = 1p , N que determinan Ia distribución de facetas en Ia parte interna del reflector propio de Ia invención, son tangentes a Ia superficie P, con punto de tangencia en el punto P, ≡ (r, eos Φ,, r, sen Φ „ P(r,)), y satisfacen que Φ l+1 = Φ , + φ^ y rl+1 > r,, para i = 1 , ..., N-1 , siendo N el número de superficies que constituye Ia estructura facetada, Φ* el Ángulo Áureo ≡ 2π-(2 π/ Φ -2,4 radianes = 137,50 grados, y Φ el Número Áureo, Φ ≡ (1+51/2)/2 = 1.618. La anterior condición queda ilustrada en Ia Figura 3.
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PARTICULAR
Para una mejor comprensión del objeto de Ia invención, a continuación se detalla Ia descripción y el proceso de generación de una realización particular para el caso de una estructura facetada compuesta por superficies esféricas. En primer lugar, es definida Ia curva perfil P(r) (Figura 4). Posteriormente, son posicionadas superficies esféricas {E,}¡ = r , N a Io largo de Ia curva perfil P(r), tangentes a ésta (Figura 5). Cada esfera E, es girada i veces el Ángulo Áureo Φ* respecto al eje z del reflector (Figura 6). De esta forma es obtenida Ia estructura interna del reflector característico de Ia invención (Figura 7). Para obtener el reflector final es necesario realizar un corte de revolución a fin de generar una superficie lisa en las superficies externas del reflector (Figura 8).
El caso particular de un reflector con estructura facetada propia de Ia invención constituida por planos es un caso límite que se obtiene cuando los radios de las esferas E1 tienden a infinito.
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26)

Claims

REIVINDICACIONES
Primera: Reflector de revolución con estructura facetada basada en el Número Áureo capaz de ofrecer un patrón de luminancia de Ia luz proyectada uniforme, caracterizado por presentar una distribución de facetas internas no regular, sin alineamiento radial ni simetría de revolución, constituida por una secuencia de superficies {S¡}, = ^ , N tangentes a Ia superficie P resultante de Ia revolución de Ia curva perfil P(r) propia del reflector respecto a su eje de revolución en el punto P, ≡
(r, cosΦ,, r, senΦ,, P(r,)), de forma que O1+1 = Φ , + Φ(f y rl+1 > η, para i = 1 N-1 , siendo N el número de superficies S¡ que constituyen Ia estructura facetada, Φ* el
Ángulo Áureo ≡ 2 π -(2 π / Φ= 2,4 radianes ~ 137,50 grados, y Φ el Número
Áureo, Φ ≡ (1+51/2)/2 = 1.618.
Segunda: Reflector de revolución con estructura facetada basada en el Número
Áureo capaz de ofrecer un patrón de luminancia de Ia luz proyectada uniforme según Ia reivindicación primera caracterizado por que Ia estructura facetada interna del reflector está constituida por superficies esféricas.
Tercera: Reflector de revolución con estructura facetada basada en el Número
Áureo capaz de ofrecer un patrón de luminancia de Ia luz proyectada uniforme según Ia reivindicación segunda caracterizado por que los radios de una o varias superficies esféricas tienden a infinito, por consiguiente, son superficies planas.
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26)
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