WO2020097745A1 - Sistema y aparato de iluminación para experimentos ópticos - Google Patents

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WO2020097745A1
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lighting apparatus
light beam
hollow body
interior space
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PCT/CL2018/050110
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Christian Dani GUZMÁN CARMINE
Constanza Javiera VILLANUEVA
Ignacio Francisco JERIA PÉREZ
Maximiliano Agustín RIVERA FIGUEROA
Amokrane BERDJA
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Pontificia Universidad Católica De Chile
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Definitions

  • the present invention relates to a lighting system and apparatus, for the illumination of optical experiments, mainly for microscopy applications, for example, for direct illumination of samples, in applications such as optogenetics, and for the observation of samples by fluorescence.
  • integrating spheres In this context, many systems for lighting optical experiments employ special apparatus known as integrating spheres. These special devices correspond to an emptied sphere with a highly reflective interior coating, to which light is injected through an input port and the light is collected (which has gone through scattering and diffusion processes inside the sphere) in an exit port.
  • some integrating spheres comprise internal supports to house one or more light sources, directing it towards the outlet port of the sphere.
  • One of the main objectives of the integrating spheres used in the illumination of optical experiments is to obtain a flat illumination profile at the exit port, that is, the intensity of the light is similar at any position on the surface of the exit port.
  • the illumination profile obtained from an integrating sphere depends on the diameter of the sphere, so it is normally appropriate to select a large sphere, however the cost increases significantly with its size.
  • the spherical shape is not optimal for obtaining a flat profile at the outlet port, given a fixed and known lighting pattern, as is the case of an LED, which has a lighting profile provided by the manufacturer.
  • the ability to illuminate with multiple colors is a necessity in cellular studies with microscopes, an issue that is not commonly applicable to current integrating spheres or that requires special integrating spheres, for example with multiple input ports.
  • a wide area to be illuminated is required, since many biological samples need to be illuminated at the same time, for example.
  • the most common integrating spheres are not capable of providing a wide and controlled light beam, being mainly restricted to those applications that require illumination of one or few samples at a time, or require large sphere sizes to achieve illumination of several samples at the same time. , considerably increasing the costs of the system.
  • the current integrating spheres are not optimized to the profile of the light source, so the light profile at the outlet is not always really flat.
  • a lighting system and apparatus for the illumination of optical experiments, that is low cost, compact and simple, easily applicable to existing installations, that allows replicating the behavior of the integrating spheres current, being able to illuminate with a flat profile and various colors, adaptable to the assembly of the lighting module used by current integrating spheres, and which also provides controlled lighting in a wide area to be illuminated.
  • a lighting system and apparatus is sought to illuminate, by means of multi-colored LED light sources, a wide area with flat lighting at low cost, complying with requirements regarding the size of the area to be illuminated, as well as the lighting profile incident on a target surface.
  • the invention relates to a system and apparatus for the illumination of optical experiments, which solves the problems raised above.
  • the system and apparatus for the illumination of optical experiments of the invention can be manufactured at a lower cost than the current integrating spheres, using different materials, such as aluminum or plastic, among others, allowing obtaining illumination of various colors in the same port of departure.
  • the lighting system of the invention for lighting optical experiments, comprises:
  • At least one electronic intensity control unit for the control of the intensity of the at least one LED light source by a user
  • a lighting apparatus comprising: or a hollow body with an interior space, said interior space formed by at least three light reflecting surfaces,
  • an experimental installation comprising a structure with support means for receiving the lighting apparatus in a fixed position, arranging the light output port of the lighting apparatus towards a target body or surface.
  • the light output port of the lighting apparatus can be of user-definable dimensions and shape, preferably, said light output port can be circular, comprising a diameter which can be user definable.
  • the at least three light-reflecting surfaces which form the interior space of the hollow body of the lighting apparatus, can be arranged and formed to receive light from the al minus an LED light source and direct it to the light output port of the appliance.
  • a light beam of constant intensity is provided at any point of the light output port, spreading a collimated light beam with a flat profile, which hits the body or target surface.
  • the at least three light reflecting surfaces may comprise a first collimating surface, on which the light beam impinges from the at least one LED light source and a collimated light beam is reflected, a first diverging surface, on which the collimated light beam falls from the first collimating surface and a diverging light beam is reflected, and a second collimating surface, on which the light beam falls diverging from the first diverging surface and a collimated light beam is reflected towards the exit port of the lighting apparatus.
  • the first and second collimating surfaces may be designed to collimate the received light beam, and the first diverging surface may be designed to diverge the received light beam, equalizing the energy distribution of the light beam. Therefore, the light beam that propagates outside the device from the output port will be collimated, that is, all light rays propagate parallel to each other.
  • the hollow body of the lighting apparatus in particular the interior space of said hollow body, and more particularly the at least three light reflecting surfaces, can be designed based on parameters specified by the user, between said parameters the diameter of the light output port, the maximum intensity of the light beam output and the characteristics of the at least one LED light source, especially, based on the angular distribution of said at least one LED light source .
  • the lighting apparatus of the invention has the ability to provide a multi-colored light beam at the output port.
  • a dichroic mirror is provided arranged before the exit port of the lighting apparatus, said dichroic mirror being designed to combine collimated beams that each come from three surfaces and from a source. LED light. In this way each color from each LED light source is collimated and equalized separately, sharing the output port to provide the multi-colored light beam.
  • the hollow body of the lighting apparatus can be made of a metallic material, preferably aluminum, where the at least three light-reflecting surfaces are directly sculpted in the metallic material that forms the hollow body interior space.
  • the hollow metal body can be manufactured by machining a metal volume, for example, by machining by computerized numerical control machines, called CNC for its acronym in English (Computer Numerical Control).
  • CNC computerized numerical control machines
  • the metal volume that forms the hollow metal body, with an internal focus to house the LED light source (s) and with an exit port can be built based on more than one metal surface, assembled together with the others surfaces, each surface being machined separately.
  • the hollow body of the lighting apparatus can be made of a plastic material, where the at least three light reflecting surfaces are sculpted directly in the plastic that forms the interior space of the hollow body and covered with reflective paint.
  • the hollow body of plastic material can be manufactured by means of a 3D printer, for example, using the method of laser sintering, stereolithography, compaction, addition, or any other.
  • the at least one electronic intensity control unit of the lighting system of the invention can use the technique of modulating the intensity of the LED light source (s) by pulse width modulation, known as PWM by its acronym in English (Pulse-Width Modulation), or linear control of voltage or current, for applications where pulse width modulation is not appropriate.
  • PWM pulse width modulation
  • linear control of voltage or current for applications where pulse width modulation is not appropriate.
  • the at least one electronic intensity control unit of the system of the invention can be operated by a user through a mobile application, from a portable device, from user equipment such as a computer or, simply, by means of local control, the electronic intensity control unit of the system.
  • the apparatus of the invention formed by a hollow body with three or more light reflecting surfaces, has been designed based on the propagation of rays using geometric optics from emission points of light, in which one or more LED emitters are installed, preferably of small size.
  • lightning propagation is performed according to the lighting profile of the LED to be used, which is known and provided by the manufacturer of the LEDs.
  • the surfaces Light reflectors of the apparatus of the invention are optimized to minimize a figure of merit at the exit port, for example, to minimize the standard deviation of light intensity along the exit port, in order to obtain a beam light with a flat lighting profile or collimated light beam.
  • an embodiment of the invention comprises an algorithm for designing the metallic volume, based on user specifications, such as the diameter of the outlet port and the maximum intensity of the outlet. Said algorithm calculates the shape of the interior surfaces of the metallic volume, for its subsequent construction in a CNC machining center.
  • the apparatus of the invention and in particular its light reflecting surfaces, can be manufactured by different mechanisms, for example, with a CNC type milling machine, which sculpts the apparatus from an aluminum block, or can be printed on a high resolution 3D printer.
  • the surface finish required for the light-reflecting surfaces of the appliance can be obtained by rough polishing by using a suitable material for that finishing process, as in the case of aluminum, or by using a reflective paint coating if necessary, such as when uses plastic as material for the appliance.
  • the apparatus uses specular reflection, unlike integrating spheres, which use diffuse or Lambert reflection. Furthermore, since it does not require internal coatings, the apparatus can be used at all wavelengths in which its manufacturing material, such as aluminum, is reflective.
  • Figure 1 shows a diagram showing the arrangement of the at least three light reflecting surfaces in the interior space of the hollow body of the lighting apparatus.
  • Figure 2 shows a schematic representing the construction of the lighting apparatus according to an embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows a representative diagram of the at least three light reflecting surfaces of the preferred embodiment of the invention, highlighting the optical design of the lighting apparatus of the invention, which in this case consists of a led (located in focol) and three surfaces.
  • the exit port is in the vertical blue line.
  • the optical design of figure 1 fulfills the objective of producing a constant intensity at any point of the light output port.
  • the three surfaces in figure 1 may initially be parabolic, giving rise to more complex shapes such as those shown as a result of optimization during the manufacturing process, see figure 2.
  • each surface is independently manufactured from an aluminum block, as shown in the diagram representing the construction of the lighting apparatus in figure 2. Then, these independent surfaces are assembled together thanks to a design that allows them to have the distances defined in the optical design of figure 1.
  • FIG 2 it is possible to see the first collimating surface 1 arranged above and in the vicinity of the LED light source 5, which in turn is supported by support means that in this case correspond to a carrying arm LED 4 arranged to focus on the first collimating surface 1. Furthermore, the first diverging surface 2 is seen, arranged to receive the collimated light beam from the first collimating surface 1, where said first diverging surface 2 allows to equalize the distribution of the energy of the incident light beam. On the other hand, the second collimating surface 3, responsible for directing the collimated output light beam 8, is also appreciated.
  • FIG. 2 shows a lighting apparatus manufactured in two pieces, comprising a lower structure and an upper structure, where said structures define the hollow body of the apparatus, providing inside the space interior formed by the three surfaces of the example.
  • Figure 2 shows an alternative embodiment of the support means of the LED light source, said support means comprising holding arms 12 towards the outside of the body of the apparatus, said holding arms 12 being arranged for holding the electronic intensity control unit or electronic circuit 13.

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Abstract

La invención se refiere a un sistema y aparato de iluminación, para la iluminación de experimentos ópticos, en donde el sistema comprende una fuente de poder, al menos una fuente de luz LED conectada a la fuente de poder, al menos una unidad electrónica de control de intensidad, para el control de la intensidad de la al menos una fuente de luz LED por parte de un usuario, un aparato de iluminación, que comprende un cuerpo hueco con un espacio interior, dicho espacio interior formado por al menos tres superficies reflectoras de luz, medios de soporte dispuestos en uno o más focos del espacio interior, dichos medios de soporte adaptados para recibir a la al menos una fuente de luz LED en dichos uno o más focos del espacio interior, y un puerto de salida de luz, que comunica el espacio interior del cuerpo hueco con el exterior del aparato de iluminación, en donde el sistema además comprende una instalación de experimentación, que comprende una estructura con medios de soporte para recibir el aparato de iluminación en una posición fija, disponiendo el puerto de salida de luz del aparato de iluminación hacia un cuerpo o superficie objetivo.

Description

SISTEMA Y APARATO DE ILUMINACIÓN PARA EXPERIMENTOS ÓPTICOS
MEMORIA DESCRIPTIVA
[0001] La presente invención se refiere a un sistema y aparato de iluminación, para la iluminación de experimentos ópticos, principalmente para aplicaciones de microscopía, por ejemplo, para iluminación directa de muestras, en aplicaciones como la optogenética, y para la observación de muestras por fluorescencia.
ANTECEDENTES
[0002] Actualmente existen numerosos experimentos de laboratorio, principalmente en el área de la salud y medicina, que requieren la incidencia de uno o más haces de luz sobre una muestra a analizar o sobre un conjunto de muestras, para lo cual se emplean sistemas y aparatos para la iluminación de las muestras que son objeto de los experimentos. En la mayoría de dichos experimentos de laboratorio se requieren haces de luz controlados, con un perfil de iluminación específico que permita el correcto desarrollo de los experimentos.
[0003] En este contexto, muchos sistemas para la iluminación de experimentos ópticos emplean aparatos especiales conocidos como esferas integradoras. Dichos aparatos especiales corresponden a una esfera vaciada con un recubrimiento interior de alta reflectividad, a la cual se le inyecta luz por un puerto de entrada y se recoge la luz (que ha pasado por procesos de scattering y difusión al interior de la esfera) en un puerto de salida. Alternativamente, algunas esferas integradoras comprenden soportes internos para alojar una o más fuentes de luz, dirigiendo la misma hacia el puerto de salida de la esfera. Uno de los principales objetivos de las esferas integradoras empleadas en la iluminación de experimentos ópticos es obtener un perfil de iluminación plano en el puerto de salida, es decir, la intensidad de la luz es similar en cualquier posición de la superficie del puerto de salida. [0004] El documento US 2008/0131836 Al, correspondiente a una solicitud de patente presentada por Medical College of Georgia Research Institute, INC., describe el uso de una esfera integradora para proporcionar luz uniforme y de alta intensidad, a partir de una o más fuentes de luz LED alojadas en el interior de la esfera. La esfera integradora descrita en dicho documento permite emitir luz en un rango de longitudes de onda determinado por el usuario, en particular, considerando al menos dos configuraciones de la fuente de luz al interior de la esfera. Si bien en este caso la esfera integradora permite cumplir con las prestaciones requeridas en la experimentación, dicho aparato es costoso, delicado, usualmente complejos de operar, de grandes dimensiones, requiriendo materiales y/o recubrimientos especiales, dirigidos a ofrecer superficies reflectantes de alto estándar. Estas desventajas limitan el uso de esferas integradoras, afectando directamente el desarrollo experimental y práctico en las áreas que requieren una iluminación controlada.
[0005] Adicionalmente, el perfil de iluminación que se obtiene de una esfera integradora depende del diámetro de la esfera, por lo que es normalmente apropiado seleccionar una esfera de gran tamaño, sin embargo el costo crece significativamente con su tamaño. Por otra parte, la forma esférica no es óptima para la obtención de un perfil plano en el puerto de salida, dado un patrón de iluminación fijo y conocido, como es el caso de un LED, que posee un perfil de iluminación entregado por el fabricante. Además, la capacidad de iluminar con múltiples colores es una necesidad en estudios celulares con microscopios, cuestión que no es comúnmente aplicable a las actuales esferas integradoras o que requiere de esferas integradoras especiales, por ejemplo, con múltiples puertos de entrada. Finalmente, en algunos casos, se requiere un área a iluminar amplia, ya que se necesita iluminar muchas muestras biológicas al mismo tiempo, por ejemplo. Las esferas integradoras más comunes no son capaces de proporcionar un haz de luz controlado y amplio, estando restringidas principalmente a aquellas aplicaciones que requieren iluminar una o pocas muestras a la vez, o requieren de grandes tamaños de esfera para lograr iluminar varias muestras a la vez, incrementando considerablemente los costos del sistema. Además, las esferas integradoras actuales no están optimizadas al perfil de la fuente de luz, por lo que no siempre el perfil de luz a la salida es realmente plano.
[0006] Por lo tanto, es necesario contar con un sistema y aparato de iluminación, para la iluminación de experimentos ópticos, que sea de bajo costo, compacto y sencillo, fácilmente aplicable a instalaciones existentes, que permita replicar el comportamiento de las esferas integradoras actuales, siendo capaz de iluminar con un perfil plano y varios colores, adaptable al montaje del módulo de iluminación que emplean las actuales esferas integradoras, y que también proporcione iluminación controlada en un área a iluminar amplia. En resumen, se busca un sistema y aparato de iluminación para iluminar, mediante fuentes de luz LED de múltiples colores, un área amplia con iluminación plana a bajo costo, cumpliendo con requerimientos en cuanto a tamaño del área a iluminar, como del perfil de iluminación que incide sobre una superficie objetivo.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
[0007] La invención se refiere a un sistema y aparato para la iluminación de experimentos ópticos, que resuelve los problemas planteados anteriormente.
[0008] En particular, el sistema y aparato para la iluminación de experimentos ópticos de la invención puede fabricarse a un costo menor que las actuales esferas integradoras, utilizando distintos materiales, como aluminio o plástico, entre otros, permitiendo obtener iluminación de variados colores en el mismo puerto de salida.
[0009] El sistema de iluminación de la invención, para la iluminación de experimentos ópticos, comprende:
- una fuente de poder;
- al menos una fuente de luz LED conectada a la fuente de poder;
- al menos una unidad electrónica de control de intensidad, para el control de la intensidad de la al menos una fuente de luz LED por parte de un usuario;
- un aparato de iluminación, que comprende: o un cuerpo hueco con un espacio interior, dicho espacio interior formado por al menos tres superficies reflectoras de luz,
o medios de soporte dispuestos en uno o más focos del espacio interior, dichos medios de soporte adaptados para recibir a la al menos una fuente de luz LED en dichos uno o más focos del espacio interior, y
o un puerto de salida de luz, que comunica el espacio interior del cuerpo hueco con el exterior del aparato de iluminación; y
- una instalación de experimentación, que comprende una estructura con medios de soporte para recibir el aparato de iluminación en una posición fija, disponiendo el puerto de salida de luz del aparato de iluminación hacia un cuerpo o superficie objetivo.
[0010] Adicionalmente, de acuerdo con una modalidad de la invención, el puerto de salida de luz del aparato de iluminación puede ser de dimensiones y forma definibles por el usuario, preferentemente, dicho puerto de salida de luz puede ser circular, comprendiendo un diámetro que puede ser definible por el usuario.
[0011] Por otra parte, de acuerdo con otra modalidad de la invención, las al menos tres superficies reflectoras de luz, que forman el espacio interior del cuerpo hueco del aparato de iluminación, pueden estar dispuestas y formadas para recibir la luz desde la al menos una fuente de luz LED y dirigirla hacia el puerto de salida de luz del aparato. Con ello se proporciona un haz de luz de intensidad constante en cualquier punto del puerto de salida de luz, propagando un haz de luz colimado y de perfil plano, que incide sobre el cuerpo o superficie objetivo.
[0012] En este contexto, las al menos tres superficies reflectoras de luz pueden comprender una primera superficie colimadora, sobre la cual incide el haz de luz desde la al menos una fuente de luz LED y se reflecta un haz de luz colimado, una primera superficie divergente, sobre la cual incide el haz de luz colimado desde la primera superficie colimadora y se reflecta un haz de luz divergente, y una segunda superficie colimadora, sobre la cual incide el haz de luz divergente desde la primera superficie divergente y se reflecta un haz de luz colimado hacia el puerto de salida del aparato de iluminación. Las superficies colimadoras primera y segunda pueden estar diseñadas para colimar el haz de luz recibido, y la primera superficie divergente puede estar diseñadas para divergir el haz de luz recibido, ecualizando la distribución de energía del haz de luz. Por lo tanto, el haz de luz que se propaga fuera del dispositivo desde el puerto de salida, será colimado, es decir, todos los rayos de luz se propagan paralelos entre sí.
[0013] Por otra parte, el cuerpo hueco del aparato de iluminación, en particular el espacio interior de dicho cuerpo hueco, y más en particular las al menos tres superficies reflectoras de luz, pueden diseñarse en base a parámetros especificados por el usuario, entre dichos parámetros el diámetro del puerto de salida de luz, la intensidad máxima de salida del haz de luz y las características de la al menos una fuente de luz LED, especialmente, en base a la distribución angular de dicha al menos una fuente de luz LED.
[0014] De acuerdo con una modalidad de la invención el aparato de iluminación de la invención tiene capacidad de proporcionar un haz de luz de múltiples colores en el puerto de salida. De acuerdo con una alternativa de la presente modalidad, se proporciona un espejo dicroico dispuesto antes del puerto de salida del aparato de iluminación, dicho espejo dicroico estando diseñado para combinar haces colimados que vengan, cada uno de ellos, desde tres superficies y desde una fuente de luz LED. De esa manera cada color proveniente de cada fuente de luz LED es colimado y ecualizado por separado, compartiendo el puerto de salida para proporcionar el haz de luz de múltiples colores.
[0015] De acuerdo con una modalidad de la invención el cuerpo hueco del aparato de iluminación puede ser de un material metálico, preferentemente de aluminio, en donde las al menos tres superficies reflectoras de luz se encuentran esculpidas directamente en el material metálico que forma el espacio interior del cuerpo hueco. De acuerdo con esta modalidad el cuerpo hueco de metal puede fabricarse por medio de mecanizado de un volumen metálico, por ejemplo, mediante mecanizado por máquinas computarizadas de control numérico, denominado CNC por sus siglas en inglés (Computer Numerical Control). En este caso, el volumen metálico que forma el cuerpo hueco de metal, con foco interior para albergar la o las fuentes de luz LED y con puerto de salida, puede ser construido en base a más de una superficie metálica, ensamblada junto a las otras superficies, cada superficie siendo mecanizada por separado.
[0016] De acuerdo con una modalidad alternativa de la invención, el cuerpo hueco del aparato de iluminación puede ser de un material plástico, en donde las al menos tres superficies reflectoras de luz se encuentran esculpidas directamente en el plástico que forma el espacio interior del cuerpo hueco y recubiertas con una pintura reflectante. De acuerdo con esta modalidad, el cuerpo hueco de material plástico puede fabricarse por medio de una impresora 3D, por ejemplo, usando el método de sinterización láser, estereolitografía, compactad ón, adición, o cualquier otro.
[0017] Adicionalmente, la al menos una unidad electrónica de control de intensidad del sistema de iluminación de la invención puede utilizar la técnica de modulación de la intensidad de la o las fuentes de luz LED mediante modulación por ancho de pulsos, conocida como PWM por sus siglas en inglés (Pulse-Width Modulation), o bien control lineal del voltaje o corriente, para aplicaciones en que la modulación por ancho de pulsos no sea apropiada.
[0018] Finalmente, la al menos una unidad electrónica de control de intensidad del sistema de la invención puede ser accionada por un usuario a través de una aplicación móvil, desde un dispositivo portable, desde un equipo de usuario como un computador o, simplemente, mediante un control local la unidad electrónica de control de intensidad del sistema.
[0019] Por otra parte, además de los elementos anteriores, el aparato de la invención, formado por un cuerpo hueco con tres o más superficies reflectoras de luz, se ha diseñado con base en la propagación de rayos utilizando óptica geométrica desde puntos emisores de luz, en los cuales se instalan uno o más emisores LEDs, preferentemente de pequeño tamaño. En este contexto, la propagación de rayos se ejecuta de acuerdo al perfil de iluminación del LED a utilizar, que es conocido y proporcionado por el fabricante de los LEDs. Luego, las superficies reflectoras de luz del aparato de la invención están optimizadas para minimizar una figura de mérito en el puerto de salida, por ejemplo, minimizar la desviación estándar de la intensidad de la luz a lo largo del puerto de salida, con el objeto de obtener un haz de luz con un perfil de iluminación plano o haz de luz colimado. En este contexto, una modalidad de la invención comprende un algoritmo de diseño del volumen metálico, basado en especificaciones del usuario, como diámetro del puerto de salida e intensidad máxima de salida. Dicho algoritmo calcula la forma de las superficies interiores del volumen metálico, para su posterior construcción en un centro de mecanizado CNC.
[0020] El aparato de la invención, y en particular sus superficies reflectoras de luz, puede fabricarse por distintos mecanismos, por ejemplo, con una fresadora del tipo CNC, la cual esculpe el aparato desde un bloque de aluminio, o bien, puede imprimirse en una impresora 3D de alta resolución. El acabado superficial requerido para las superficies reflectoras de luz del aparato puede obtenerse con pulido por desbaste al emplear un material adecuado para dicho proceso de acabado, como en el caso del aluminio, o empleando un recubrimiento con pintura reflectante si fuese necesario, como cuando se utiliza plástico como material para el aparato.
[0021] En vista de lo anterior, es posible establecer que el aparato utiliza reflexión especular, a diferencia de las esferas integradoras, que utilizan reflexión difusa o de Lambert. Además, al no requerir recubrimientos internos, el aparato puede utilizarse en todas las longitudes de onda en las cuales el material de fabricación del mismo, como aluminio, es reflectivo.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
[0022] Como parte de la presente invención se presentan las siguientes figuras representativas de la misma, las que enseñan modalidades preferentes de la invención y, por lo tanto, no deben considerarse como limitantes a la definición de la materia reivindicada.
La figura 1 enseña un esquema que representa la disposición de las al menos tres superficies reflectoras de luz en el espacio interior del cuerpo hueco del aparato de iluminación. La figura 2 enseña un esquema que representa la construcción del aparato de iluminación de acuerdo con una modalidad de la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UNA MODALIDAD PREFERENTE
[0023] Con mención a las figuras que se acompañan, la figura 1 muestra un esquema representativo de las al menos tres superficies reflectoras de luz de la modalidad preferente de la invención, destacándose el diseño óptico del aparato de iluminación de la invención, que en este caso consiste de un led (ubicado en focol) y tres superficies. De acuerdo con esta modalidad el puerto de salida se encuentra en la línea azul vertical. El diseño óptico de la figura 1 cumple con el objetivo de producir una intensidad constante en cualquier punto del puerto de salida de luz. Las tres superficies de la figura 1 pueden ser inicialmente parabólicas, dando lugar a formas más complejas como las mostradas producto de la optimización durante el proceso de fabricación, ver figura 2.
[0024] De acuerdo con la modalidad preferente, cada superficie es fabricada en forma independiente a partir de un bloque de aluminio, como se muestra en el esquema que representa la construcción del aparato de iluminación en la figura 2. Luego, dichas superficies independientes son ensambladas entre si gracias a un diseño que les permite tener las distancias definidas en el diseño óptico de la figura 1.
[0025] En la figura 2 es posible apreciar la primera superficie colimadora 1 dispuesta por sobre y en la cercanía de la fuente de luz LED 5, la que a su vez está sostenida por medios de soporte que en este caso corresponden a un brazo porta LED 4 dispuesto a foco de la primera superficie colimadora 1. Además, se aprecia la primera superficie divergente 2, dispuesta para recibir el haz de luz colimado desde la primera superficie colimadora 1, en donde dicha primera superficie divergente 2 permite ecualizar la distribución de la energía del haz de luz incidente. Por otra parte, también se aprecia la segunda superficie colimadora 3, encargada de dirigir el haz de luz colimada de salida 8. [0026] Por otra parte, la modalidad ejemplificada en la figura 2 muestra un aparato de iluminación fabricado en dos piezas, comprendiendo una estructura inferior y una estructura superior, en donde dichas estructuras definen el cuerpo hueco del aparato, proporcionando en su interior el espacio interior que forman las tres superficies del ejemplo. Adicionalmente, la figura 2 enseña una modalidad alternativa de los medios de soporte de la fuente de luz LED, comprendiendo dichos medios de soporte unos brazos de sujeción 12 hacia el exterior del cuerpo del aparato, dichos brazos de sujeción 12 estando dispuestos para la sujeción de la unidad electrónica de control de intensidad o circuito electrónico 13.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de iluminación, para la iluminación de experimentos ópticos, caracterizado porque comprende:
- una fuente de poder;
- al menos una fuente de luz LED conectada a la fuente de poder;
- al menos una unidad electrónica de control de intensidad, para el control de la intensidad de la al menos una fuente de luz LED por parte de un usuario;
- un aparato de iluminación, que comprende:
o un cuerpo hueco con un espacio interior, dicho espacio interior formado por al menos tres superficies reflectoras de luz,
o medios de soporte dispuestos en uno o más focos del espacio interior, dichos medios de soporte adaptados para recibir a la al menos una fuente de luz LED en dichos uno o más focos del espacio interior, y
o un puerto de salida de luz, que comunica el espacio interior del cuerpo hueco con el exterior del aparato de iluminación; y
- una instalación de experimentación, que comprende una estructura con medios de soporte para recibir el aparato de iluminación en una posición fija, disponiendo el puerto de salida de luz del aparato de iluminación hacia un cuerpo o superficie objetivo.
2. El sistema de iluminación de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el puerto de salida de luz del aparato de iluminación es de dimensiones y forma definibles por el usuario, preferentemente, dicho puerto de salida de luz es circular, comprendiendo un diámetro definible por el usuario.
3. El sistema de iluminación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las al menos tres superficies reflectoras de luz, que forman el espacio interior del cuerpo hueco del aparato de iluminación, están dispuestas y formadas para recibir la luz desde la al menos una fuente de luz LED y dirigirla hacia el puerto de salida de luz del aparato, proporcionando un haz de luz de intensidad constante en cualquier punto del puerto de salida de luz, propagando un haz de luz colimado que incide sobre el cuerpo o superficie objetivo.
4. El sistema de iluminación de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque las al menos tres superficies reflectoras de luz comprenden una primera superficie colimadora, sobre la cual incide el haz de luz desde la al menos una fuente de luz LED y se reflecta un haz de luz colimado, una primera superficie divergente, sobre la cual incide el haz de luz colimado desde la primera superficie colimadora y se reflecta un haz de luz divergente, y una segunda superficie colimadora, sobre la cual incide el haz de luz divergente desde la primera superficie divergente y se reflecta un haz de luz colimado hacia el puerto de salida del aparato de iluminación, en donde las superficies colimadoras primera y segunda están diseñadas para colimar el haz de luz recibido, y en donde la primera superficie divergente está diseñada para divergir el haz de luz recibido, ecualizando la distribución de energía del haz de luz.
5. El sistema de iluminación de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque el cuerpo hueco del aparato de iluminación, en particular el espacio interior de dicho cuerpo hueco, y más en particular las al menos tres superficies reflectoras de luz, se diseñan en base a parámetros especificados por el usuario, entre dichos parámetros el diámetro del puerto de salida de luz, la intensidad máxima de salida del haz de luz y las características de la al menos una fuente de luz LED, especialmente, en base a la distribución angular de dicha al menos una fuente de luz LED.
6. El sistema de iluminación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el aparato de iluminación proporciona un haz de luz de múltiples colores en el puerto de salida.
7. El sistema de iluminación de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque comprende un espejo dicroico dispuesto antes del puerto de salida del aparato de iluminación, dicho espejo dicroico estando diseñado para combinar haces colimados provenientes, cada uno de ellos, desde tres superficies reflectoras de luz y desde una fuente de luz LED, en donde cada color proveniente de cada fuente de luz LED es colimado y ecualizado por separado, compartiendo el puerto de salida para proporcionar el haz de luz de múltiples colores
8. El sistema de iluminación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cuerpo hueco del aparato de iluminación es de metal, preferentemente aluminio, en donde las al menos tres superficies reflectoras de luz se encuentran esculpidas directamente en el metal que forma el espacio interior del cuerpo hueco.
9. El sistema de iluminación de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el cuerpo hueco de metal se fabrica por medio de mecanizado de un volumen metálico.
10. El sistema de iluminación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el cuerpo hueco del aparato de iluminación es de plástico, en donde las al menos tres superficies reflectoras de luz se encuentran esculpidas directamente en el plástico que forma el espacio interior del cuerpo hueco y recubiertas con una pintura reflectante.
11 El sistema de iluminación de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque el cuerpo hueco de plástico se fabrica por medio de una impresora 3D.
12. El sistema de iluminación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la al menos una unidad electrónica de control de intensidad utiliza la técnica de modulación por ancho de pulsos, PWM (Pulse-Width Modulation), o control lineal del voltaje o corriente.
13. El sistema de iluminación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la al menos una unidad electrónica de control de intensidad es accionada por un usuario a través de una aplicación móvil, desde un dispositivo portable, desde un equino de usuario como un computador, o mediante un control local de la unidad electrónica.
14. Un aparato de iluminación, para la iluminación de experimentos ópticos, caracterizado porque comprende:
- un cuerpo hueco con un espacio interior, dicho espacio interior formado por al menos tres superficies reflectoras de luz,
- medios de soporte dispuestos en uno o más focos del espacio interior, dichos medios de soporte adaptados para recibir a al menos una fuente de luz LED en dichos uno o más focos del espacio interior, y
- un puerto de salida de luz, que comunica el espacio interior del cuerpo hueco con el exterior del aparato de iluminación.
15. El aparato de iluminación de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque el puerto de salida de luz es de dimensiones y forma definibles por el usuario, preferentemente, dicho puerto de salida de luz es circular, comprendiendo un diámetro definible por el usuario.
16. El aparato de iluminación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14 y 15, caracterizado porque las al menos tres superficies reflectoras de luz, que forman el espacio interior del cuerpo hueco, están dispuestas y formadas para recibir la luz desde la al menos una fuente de luz LED y dirigirla hacia el puerto de salida de luz, proporcionando un haz de luz de intensidad constante en cualquier punto del puerto de salida de luz, propagando un haz de luz colimado que incide sobre el cuerpo o superficie objetivo.
17. El aparato de iluminación de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado porque las al menos tres superficies reflectoras de luz comprenden una primera superficie colimadora, sobre la cual incide el haz de luz desde la al menos una fuente de luz LED y se reflecta un haz de luz colimado, una primera superficie divergente, sobre la cual incide el haz de luz colimado desde la primera superficie colimadora y se reflecta un haz de luz divergente, y una segunda superficie colimadora, sobre la cual incide el haz de luz divergente desde la primera superficie divergente y se reflecta un haz de luz colimado hacia el puerto de salida del aparato de iluminación, en donde las superficies colimadoras primera y segunda están diseñadas para colimar el haz de luz recibido, y en donde la primera superficie divergente está diseñada para divergir el haz de luz recibido, ecualizando la distribución de energía del haz de luz.
18. El aparato de iluminación de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado porque el cuerpo hueco, en particular el espacio interior de dicho cuerpo hueco, y más en particular las al menos tres superficies reflectoras de luz, se diseñan en base a parámetros especificados por el usuario, entre dichos parámetros el diámetro del puerto de salida de luz, la intensidad máxima de salida del haz de luz y las características de la al menos una fuente de luz LED, especialmente, en base a la distribución angular de dicha al menos una fuente de luz LED.
19. El aparato de iluminación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18, caracterizado porque proporciona un haz de luz de múltiples colores en el puerto de salida.
20. El aparato de iluminación de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizado porque comprende un espejo dicroico dispuesto antes del puerto de salida del aparato de iluminación, dicho espejo dicroico estando diseñado para combinar haces colimados provenientes, cada uno de ellos, desde tres superficies reflectoras de luz y desde una fuente de luz LED, en donde cada color proveniente de cada fuente de luz LED es colimado y ecualizado por separado, compartiendo el puerto de salida para proporcionar el haz de luz de múltiples colores.
21. El aparato de iluminación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 20, caracterizado porque el cuerpo hueco es de metal, preferentemente aluminio, en donde las al menos tres superficies reflectoras de luz se encuentran esculpidas directamente en el metal que forma el espacio interior del cuerpo hueco.
22. El aparato de iluminación de acuerdo con la reivindicación 21, caracterizado porque el cuerpo hueco de metal se fabrica por medio de mecanizado de un volumen metálico.
23. El aparato de iluminación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 20, caracterizado porque el cuerpo hueco es de plástico, en donde las al menos tres superficies reflectoras de luz se encuentran esculpidas directamente en el plástico que forma el espacio interior del cuerpo hueco, y en donde dichas al menos tres superficies reflectoras de luz están recubiertas con una pintura reflectante.
24. El aparato de iluminación de acuerdo con la reivindicación 23, caracterizado porque el cuerpo hueco de plástico se fabrica por medio de una impresora 3D.
25. El aparato de iluminación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 24, caracterizado porque la al menos una fuente de luz LED está conectada a una fuente de poder y a al menos una unidad electrónica de control de intensidad.
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