ES2327069T3 - Dispositivo optico para crear una ventana de iluminacion. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo óptico para crear una ventana (50) de iluminación, comprendiendo el dispositivo óptico una pluralidad de fuentes (11, 12, 13, 14) de radiación y un elemento (10) óptico, estando dispuesto el elemento (10) óptico para crear un haz (20) de radiación sustancialmente colimado a partir de radiación generada por la pluralidad de fuentes (11, 12, 13, 14) de radiación, en el que la radiación generada por la respectiva pluralidad de fuentes (11, 12, 13, 14) de radiación es sustancialmente no mezclada, en el que el dispositivo óptico comprende además una primera placa (30) de lente que tiene una pluralidad de primeras sublentes (31) de la primera placa (30) de lente, en el que cada primera sublente (31) proyecta una parte del haz (20) de radiación en una ventana (50) de iluminación, de tal manera que las proyecciones de cada primera sublente (31) se solapan al menos parcialmente, caracterizado porque el dispositivo óptico comprende además una segunda placa (40) de lente que tiene una pluralidad de segundas sublentes (41), en el que la segunda sublente (41) de la segunda placa (40) de lente proyecta imágenes de una primera sublente (31) correspondiente de la primera placa (30) de lente en una ventana (50) de iluminación, de tal manera que las imágenes de cada primera sublente (31) de la primera placa (30) de lente proyectadas por la segunda sublente (41) de la segunda placa (40) de lente se solapan al menos parcialmente.
Description
Dispositivo óptico para crear una ventana de
iluminación.
La invención se refiere a un dispositivo óptico
para crear una ventana de iluminación según el preámbulo de la
reivindicación 1.
Los diodos emisores de luz (LED) se conocen bien
en la técnica anterior. Un LED está formado por una pastilla
semiconductora, con una capa de semiconductor de tipo P y una capa
de semiconductor de tipo N situadas una encima de la otra. Queda
definida una unión PN entre la capa de semiconductor de tipo P y la
capa de semiconductor de tipo N. Cuando se aplica una tensión al
LED, se ven atraídos los huecos en la capa de semiconductor de tipo
P y los electrones en la capa de semiconductor de tipo N y se
encuentran en la unión PN. Cuando se combinan los huecos y los
electrones, se crean fotones, que dan como resultado un haz de
radiación (luz).
El LED puede asentarse en una copa reflectora
que actúa como un disipador de calor para transportar el calor
generado por el LED y un reflector para reflejar el haz de radiación
creado.
Los LED emiten normalmente una única longitud de
onda de luz, dependiendo de la energía de la banda prohibida de los
materiales que forman la unión PN. Hoy en día, puede generarse una
variedad de colores basándose en el material usado para fabricar el
LED. Por ejemplo, los LED fabricados con arseniuro de galio producen
luz roja e infrarroja. Otros ejemplos son fosfuro de galio y
aluminio (GaAlP) para luz verde, fosfuro de galio (GaP) para luz
roja, amarilla y verde y seleniuro de zinc (ZnSe) para luz azul.
Los LED producen normalmente haces de radiación
no colimados. Por lo tanto, se han hecho esfuerzos para colimar la
luz generada por un LED. Especialmente en el campo de los LED de
alta potencia, la mezcla de colores así como las ópticas de
colimación y conformación de haces son temas de frecuente discusión.
Incluso antes de inventarse los LED, se conocían diferentes maneras
de transformar una fuente puntual (en este caso, el LED) en un haz
de radiación colimado. Un artículo titulado Le télescope de
Newton et le télescope aplanétique, de M. Henri Chrétien,
publicado en febrero de 1922 en Revue Dóptique - Théorique et
Instrumentale, describe la matemática de transformar una fuente
puntual en un haz de radiación colimado usando dos superficies
reflectoras.
Se usaron estas técnicas matemáticas para
desarrollar elementos ópticos para colimar un haz de radiación
generado por un LED. En este texto, ha de entenderse que "haz
colimado" indica haces de radiación que son sustancialmente
paralelos, es decir paralelos con una desviación de 10º o 20º.
El documento US 2004/0246606A1 describe un
elemento óptico de este tipo que está situado sobre una fuente
óptica, tal como un LED empaquetado en cúpula o una red de LED. El
LED está situado dentro de una cavidad del elemento óptico. El
elemento óptico está formado de tal manera que el haz de radiación
generado por el LED entra en el elemento óptico a través de una
superficie de entrada de la cavidad. El haz de radiación se refleja
dos veces dentro del dispositivo óptico antes de salir del elemento
óptico como un haz de radiación sustancialmente colimado. El
elemento óptico según el documento US 2004/0246606A1 se explicará
con más detalle a continuación con referencia a la figura 1.
El documento WO 2005/103562A2 trata el problema
de generar luz blanca a partir de una pluralidad de LED de colores.
Según este documento, se proporciona un colector óptico para
combinar una pluralidad de salidas de LED en una única salida
mezclada, sustancialmente homogénea. Otras técnicas de mezclado
conocidas usan varillas mezcladoras, guías luminosas, reflectores o
combinaciones de los mismos. Sin embargo, estas técnicas son
relativamente grandes y voluminosas.
Es un objeto de la invención mejorar
adicionalmente la técnica anterior.
Para ello, el dispositivo óptico del tipo
descrito en el párrafo inicial se caracteriza por la parte
caracterizadora de la reivindicación 1.
Un dispositivo óptico de este tipo proporciona
una herramienta sencilla y compacta para mezclar y/o conformar un
haz de radiación sustancialmente colimado que, por ejemplo, no tiene
un color homogéneo.
La forma de la ventana de iluminación puede
controlarse eligiendo la forma de las primeras sublentes de la
primera placa de lente.
Un aspecto de la invención reivindicada
proporciona un producto que comprende una montura que aloja un
dispositivo óptico tal como se definió anteriormente en el presente
documento. Un producto de este tipo es relativamente compacto y
puede usarse para iluminar un objeto que tiene una forma específica.
La forma de la ventana de iluminación puede controlarse eligiendo
la forma de las primeras sublentes.
En el documento WO00/036336 se da a conocer un
dispositivo óptico que comprende una pluralidad de LED y un primer
elemento óptico para crear un haz de radiación colimado, no mezclado
a partir de la radiación generada por cada uno de los LED
respectivos, y un segundo elemento óptico para proyectar el haz de
radiación con al menos un solapamiento parcial, mutuo de la
radiación de los LED respectivos.
La presente invención se describirá ahora con
más detalle con referencia a algunas realizaciones y los dibujos,
que sólo pretenden ilustrar la invención y no limitar su alcance que
sólo está limitado por las reivindicaciones adjuntas.
La figura 1 representa esquemáticamente un
elemento óptico según la técnica anterior;
la figura 2 representa esquemáticamente un
elemento óptico alternativo según la técnica anterior;
las figuras 3a y 3b representan esquemáticamente
una realización de un elemento óptico;
la figura 4 es una vista en sección transversal
esquemática de un haz de radiación según una realización;
la figura 5 representa esquemáticamente una
realización de una configuración;
las figuras 6a, 6b y 6c representan
esquemáticamente diferentes realizaciones de placas de lente;
las figuras 7a, 7b y 7c representan
esquemáticamente diferentes realizaciones de ventanas de
iluminación;
la figura 8 representa esquemáticamente un
dispositivo óptico que no es parte de la invención;
las figuras 9a, 9b y 10a, 10b representan
esquemáticamente diferentes realizaciones de diferentes
configuraciones.
El documento US 2004/0246606 A1 describe varios
elementos ópticos dispuestos para transformar un haz de radiación no
colimado generado, por ejemplo, por un LED en un haz de radiación
sustancialmente colimado.
Un ejemplo de un elemento 4 óptico de este tipo
se muestra esquemáticamente en la figura 1. La figura 1 es una
vista lateral en sección transversal de un elemento 4 óptico de este
tipo, que es rotacionalmente simétrico. El elemento 4 óptico está
formado por una superficie 1 de entrada y una superficie 7 de
salida. De hecho, el LED 3 está situado en una cavidad 2 formada en
la superficie 1 de entrada. El LED 3 comprende una capa P y una
capa N, indicado por el número de referencia 5, tal como se
describió anteriormente, y está situado en una cubierta 6 con forma
de cúpula. La figura 1 muestra también cables 8 eléctricos que se
conectan al LED 3 para el suministro de energía eléctrica al
mismo.
La radiación generada por el LED 3 entra en el
elemento 4 óptico a través de la superficie 1 de entrada.
Posteriormente, el haz de radiación se refleja por la superficie 7
de salida por medio de RIT (reflexión interna total) y la
superficie 1 de entrada antes de salir del elemento 4 óptico a
través de la superficie 7 de salida. La superficie 7 de salida
puede ser parcialmente un espejo, por ejemplo, en el centro cerca
del LED 3. La superficie 1 de entrada es un espejo. La forma de la
superficie 1 de entrada y la superficie 7 de salida se elige para
que sea tal que el haz de radiación salga del elemento 4 óptico en
una forma sustancialmente colimada.
La figura 2 representa esquemáticamente una
realización alternativa, que muestra un elemento 4' óptico
alternativo según la técnica anterior. El LED 3 está situado
completamente dentro de este elemento 4' óptico alternativo. De
nuevo, la radiación generada por el LED 3 se refleja dos veces
dentro del elemento 7' óptico, primero por la superficie 7' de
salida, y posteriormente por una superficie 8 trasera, antes de que
la radiación salga del elemento 4' óptico a través de la superficie
7' de salida. El elemento 4' óptico también es rotacionalmente
simétrico.
Se describirán a continuación diferentes
realizaciones de la invención. Resultará evidente para un experto
que los elementos 4, 4' ópticos descritos con referencia a las
figuras 1 y 2 pueden usarse en combinación con la invención.
También puede usarse cualquier otro elemento óptico que produzca un
haz de radiación sustancialmente colimado.
Se describirán a continuación en el presente
documento diferentes realizaciones que usan el elemento 4 óptico o
alternativas para combinar una pluralidad de LED en un haz de
radiación sustancialmente homogéneo, sustancialmente mezclado.
Incluso si se ajusta la forma de la superficie de salida de los
elementos 4, 4' ópticos según la técnica anterior, tal como se
describe con referencia a las figuras 1 y 2, no son posibles ni el
mezclado ni la conformación del haz.
En una realización, se proporciona un elemento
10 óptico, tal como los elementos 4, 4' ópticos descritos
anteriormente con referencia a las figuras 1 y 2, que tienen una
pluralidad de LED 11, 12, 13, 14 situados, en los que cada LED 11,
12, 13, 14 puede consistir en un único LED o un grupo de LED, por
ejemplo el LED 11 es un grupo de 10 LED (11', 11'', 11''',...). La
figura 3a es una vista lateral en sección transversal esquemática de
un elemento 10 óptico de este tipo, mientras que la figura 3b es una
vista frontal esquemática del elemento 10 óptico. La vista lateral
en sección transversal en la figura 3a se toma en la línea
discontinua I-I mostrada en la figura 3b.
Una pluralidad de LED 11, 12, 13, 14 está
situada dentro del elemento 10 óptico. En el ejemplo mostrado en
las figuras 3a y 3b, cuatro LED están situados dentro del elemento
10 óptico, pero, naturalmente, puede situarse cualquier otro número
de LED en el elemento 10 óptico. También pueden usarse otros tipos
de fuentes de radiación.
En el ejemplo mostrado en las figuras 3a y 3b,
los LED 11, 12, 13, 14 están situados en el elemento 10 óptico
sobre un soporte 15. Este soporte 15 puede fabricarse de un material
conductor, pero también de cualquier otro tipo de material
adecuado. Por ejemplo, el soporte 15 puede fabricarse de un material
que sea especialmente apto para disipar el calor producido por los
LED 11, 12, 13, 14.
Los LED 11, 12, 13, 14 pueden emitir radiación
de diferentes colores. En la realización mostrada en las figuras 3a
y 3b, el primer LED 11 puede emitir radiación roja, el segundo LED
12 puede emitir radiación verde, el tercer LED 13 puede emitir
radiación ámbar y el cuarto LED 14 puede emitir radiación azul. En
una realización alternativa, pueden usarse tres LED, emitiendo el
primer LED 11 radiación roja, emitiendo el segundo LED 12 radiación
verde y emitiendo el tercer LED radiación azul. Naturalmente, puede
usarse cualquier número adecuado de LED que tengan cualquier
combinación de colores, tal como resultará evidente para un experto.
Los LED 11, 12, 13, 14 pueden tener un solo e igual color.
Tal como puede observarse en la figura 3a, el
elemento 10 óptico produce un haz de radiación sustancialmente
colimado. Tal como se afirmó ya anteriormente, el término
"colimado" se usa en el presente documento para indicar un haz
de radiación que es sustancialmente paralelo. Por motivos de
simplicidad, el haz 20 de radiación se representa en la figura como
un haz de radiación colimado "perfecto".
Se entenderá que el haz 20 de radiación no tiene
un color homogéneo, sino que será predominantemente rojo en la
parte superior y predominantemente ámbar en el lado inferior a lo
largo de la línea I-I, según la orientación
mostrada en las figuras 3a y 3b. De hecho, el haz 20 de radiación
tiene cuatro colores, tal como se muestra en la figura 4, que es
una vista en sección transversal del haz 20 de radiación según lo
emite el elemento 10 óptico.
Sin embargo, resultará evidente para un experto
que el haz 20 de radiación según lo emite el elemento 10 óptico ya
está mezclado en cierta medida si la fuente de radiación, es decir
la composición de los cuatro LED 11, 12, 13, 14, es relativamente
pequeña con respecto al elemento 10 óptico.
En una realización, se proporciona un
dispositivo para el mezclado de la radiación emitida por los
diferentes LED 11, 12, 13, 14. Con el fin de conseguir esto, se
proporcionan una primera placa 30 de lente y una segunda placa 40
de lente según una realización, tal como se representa
esquemáticamente en la figura 5. La primera placa 30 de lente
comprende una pluralidad de sublentes 31 y la segunda placa 40 de
lente comprende una pluralidad de sublentes 41. Las sublentes 31, 41
de las placas 30, 40 de lente también se denominan lentillas.
La figura 6a es una vista frontal esquemática de
una primera placa 30 de lente y/o una segunda placa 40 de lente,
que pueden ser similares. Puede observarse que las placas 30, 40 de
lente primera y segunda pueden tener una forma cuadrada (o una
forma rectangular) y comprenden sublentes 31, 41 de forma cuadrada
de 5x5. Se entenderá que son posibles muchas formas y números
alternativos de sublentes 31, 41 para la primera placa 30 de lente
y la segunda placa 40 de lente, así como para las sublentes 31,
41.
La figura 6b es una vista frontal esquemática de
una primera placa 30' de lente alternativa y una segunda placa 40'
de lente. Puede observarse que las placas 30', 40' de lente primera
y segunda pueden ser de forma sustancialmente cuadrada en esta
realización y comprenden sublentes 31', 41' circulares de 5x5.
La figura 6c es una vista frontal esquemática de
otra primera placa 30'' de lente alternativa y una segunda placa
40'' de lente. Puede observarse que las placas 30'', 40'' de lente
primera y segunda son sustancialmente circulares en este caso y
comprenden una pluralidad de sublentes 31'', 41'' hexagonales
(alveolares).
Se entenderá que son concebibles muchas placas
30, 40 de lente alternativas. Pueden usarse también diferentes
números de sublentes 31, 41. De hecho, la placa 30 de lente, la
placa 40 de lente, las primeras sublentes 31 de la primera placa 30
de lente y las segundas sublentes 41 de la segunda placa 40 de lente
pueden ser similares, pero también pueden ser diferentes entre sí y
tener, por ejemplo, un tamaño y/o una forma diferentes.
Basándose en la figura 5, puede observarse que
una placa 30 de lente está situada detrás del elemento 10 óptico,
que comprende varias sublentes 31. Cada sublente 31 tiene
sustancialmente la misma distancia focal f1. La segunda placa 40 de
lente está situada sustancialmente a una distancia f1 de la primera
placa 30 de lente.
Puede observarse en la figura 5 que la segunda
placa 40 de lente proyecta imágenes de las lentillas 31 de la
primera placa 30 de lente sobre una ventana 50 de iluminación. Este
aspecto está indicado por las líneas discontinuas en la figura 5.
Obsérvese que la ventana 50 de iluminación está relativamente
alejada de la segunda placa 40 de lente y, para fines prácticos,
puede considerarse por tanto que es el campo lejano. La primera
placa de lente puede estar en el plano focal de la segunda placa de
lente, pero también puede estar cerca del plano focal de la segunda
placa 50 de lente.
El dispositivo óptico puede comprender una
segunda placa 40 de lente que tiene una pluralidad de segundas
sublentes 41, en el que las segundas sublentes 41 de la segunda
placa 40 de lente proyectan imágenes de una primera sublente 31
correspondiente de la primera placa 30 de lente en la ventana 50 de
iluminación, de tal manera que las imágenes de cada primera
sublente 31 de la primera placa 30 de lente proyectadas por la
segunda sublente 41 de la segunda placa 40 de lente se solapan al
menos parcialmente.
Esta ventana 50 de iluminación puede estar en el
campo lejano y puede coincidir con un objeto que ha de iluminarse.
En la práctica, tal objeto puede tener una superficie que ha de
iluminarse mediante los LED 11, 12, 13, 14, tal como, por ejemplo,
un cuadro, una mesa, una ventana, un edificio, etc. Las técnicas
descritas en el presente documento también pueden usarse en
aplicaciones de visualización de proyecciones. Ha de observarse que
la ventana 50 de iluminación está relativamente alejada de la
segunda placa 40 de lente, lo que sólo se representa
esquemáticamente en las figuras.
La expresión "campo lejano" se usa en el
presente documento para indicar que la ventana de iluminación está
relativamente alejada de la segunda placa 40 de lente. En la
práctica, la placa 40 de lente puede tener un diámetro de sólo unos
cuantos centímetros, en cuyo caso la expresión campo lejano podría
referirse a una distancia de aproximadamente 2 m.
Se representan dos subpartes del haz 20 de
radiación en la figura 5: una subparte roja y una subparte ámbar.
La subparte roja se proyecta en el campo lejano a través de una
sublente 31 de la primera placa 30 de lente y una sublente 41
correspondiente de la segunda placa 40 de lente. La subparte ámbar
se proyecta en el campo lejano a través de otra sublente 31 de la
primera placa 30 de lente y otra sublente 41 correspondiente de la
segunda placa 40 de lente.
La figura 5 muestra que la subparte roja y la
subparte ámbar están mezcladas en gran medida en la ventana 50 de
iluminación. De hecho, la radiación emitida por todos los LED 11,
12, 13, 14 está sustancialmente mezclada en la ventana 50 de
iluminación. Si los LED 11, 12, 13, 14 emiten diferentes colores,
estos colores se mezclan en la ventana de iluminación, creando, por
ejemplo, luz blanca.
La figura 7a representa esquemáticamente la
ventana 50 de iluminación del haz 20 de radiación tal como se
proyecta por la primera placa 30 de lente y la segunda placa 40 de
lente en el campo lejano. La proyección comprende 25
subproyecciones de forma cuadrada. Cada subproyección se genera por
un par correspondiente de una sublente 31 de la primera placa 30 de
lente y una sublente 41 de la segunda placa 40 de lente. Las
subproyecciones están desplazadas unas con respecto a otras. Sin
embargo, este desplazamiento puede ser relativamente pequeño en
comparación con el tamaño de la ventana 50 de iluminación y por lo
tanto insignificante en el uso práctico. El desplazamiento es igual
a la distancia de las respectivas sublentes 31. La forma de cada
subproyección está determinada por la forma de la primera sublente
31 de la primera placa 30 de lente. Cada sublente 41 de la segunda
placa 40 de lente proyecta imágenes del contorno de cada sublente 31
de la primera placa 30 de lente en el campo lejano. Como resultado,
los haces de radiación tal como se generan por los diferentes LED
11, 12, 13, 14 están sustancialmente mezclados en la ventana de
iluminación.
Se entenderá que el número de sublentes 41 de la
segunda placa 40 de lente puede ser igual al número de sublentes 31
de la primera placa 30 de lente, ya que cada sublente 41 de la
segunda placa 40 de lente proyecta imágenes del contorno de una
sublente 31 correspondiente de la primera placa 30 de lente. Con el
fin de hacer esto, la distancia focal f2 de las sublentes 41 de la
segunda placa 40 de lente puede ser sustancialmente igual a la
distancia focal f1 de las sublentes 31 de la primera placa 30 de
lente. Las primeras sublentes 31 de la primera placa 30 de lente
también pueden estar situadas a una distancia de las
correspondientes sublentes 41 de la segunda placa de lente,
distancia que es igual a la distancia focal de las segundas
sublentes 41 de la segunda placa 40 de lente.
También se entenderá que la ventana de
iluminación está en el campo lejano, aunque las figuras la muestran
relativamente cerca de la segunda placa 40 de lente.
Se entenderá adicionalmente que las distancias
focales de las sublentes 31, 41 y la distancia mutua entre la
primera placa 30 de lente y la segunda placa 40 de lente no tienen
que ser por necesidad exactamente iguales entre sí. Se permiten
variaciones, por ejemplo, variaciones que son iguales al espesor de
las placas 30, 40 de lente. Las distancias focales de las sublentes
31, 41 y la distancia entre la primera placa 30 de lente y la
segunda placa 40 de lente pueden ajustarse basándose en las
características del haz 20 de radiación o basándose en el tamaño
deseado de la ventana 50 de iluminación a una cierta distancia.
Basándose en lo anterior, se entenderá que la
forma de cada subproyección, y por tanto la ventana 50 de
iluminación, está determinada por la forma de la sublente 31 de la
primera placa 30 de lente. Si se elige una placa 30' de lente tal
como se muestra en la figura 6b, cada subproyección será por tanto
sustancialmente circular, tal como se muestra esquemáticamente en
la figura 7b. La ventana de iluminación total también podrá ser
aproximadamente circular. Si se usa una placa 30'' de lente tal
como se muestra en la figura 6c, cada subproyección es
sustancialmente hexagonal, tal como se muestra esquemáticamente en
la figura 7c. La ventana de iluminación total también podrá ser
aproximadamente hexagonal. Sin embargo, se entenderá que, en la
práctica, las partes mezcladas tal como se muestra en las figuras
7a, 7b y 7c son relativamente grandes en comparación con el borde
que no está completamente mezclado y que puede ser
insignificantemente pequeño en la práctica.
Por tanto, la forma de las subproyecciones en el
campo 50 lejano puede estar determinada por la forma de las
sublentes 31 de la primera placa 30 de lente. Como resultado, se
presenta en el presente documento un dispositivo de conformación de
haces ventajoso y sencillo. La forma de las sublentes 31 de la
primera placa 30 de lente puede elegirse para que dependa de la
forma del objeto que ha de iluminarse. Si ha de iluminarse un objeto
que tiene, por ejemplo, una forma rectangular, puede
proporcionársele a las sublentes 31 de la primera placa 30 de lente
una forma rectangular correspondiente. Si ha de iluminarse una mesa
circular, pueden elegirse sublentes 31' circulares de la primera
placa 30' de lente, tal como se muestra en las figuras 6b y 7b.
El dispositivo presentado en el presente
documento también proporciona una manera ventajosa de mezclar un
haz sustancialmente colimado.
El tamaño de cada subproyección en el campo 50
lejano puede cambiarse mediante el cambio de la distancia entre la
primera placa 30 de lente y la segunda placa 40 de lente. Se
entenderá que también pueden cambiarse por consiguiente la
distancia focal f1 y la distancia focal f2.
En un dispositivo óptico que no entra dentro del
alcance de la invención, se omite la segunda placa 40 de lente, tal
como se muestra en la figura 8. Tal como resultará evidente para un
experto, la segunda placa 40 de lente ya no tiene una función de
proyección de imágenes (líneas discontinuas en la figura 5). El
mezclado de la radiación procedente de diferentes fuentes de
radiación (los LED 11, 12, 13, 14) y la conformación de haces según
la configuración de la figura 5 tiene, por lo tanto, una mayor
calidad en comparación con el mezclado de la configuración mostrada
en la figura
8.
8.
En otra realización, la primera placa 30 de
lente puede tener un tamaño que es diferente del de la segunda
placa 40 de lente, tal como se muestra esquemáticamente en la figura
9a. En la figura 9a, la segunda placa 40 de lente es relativamente
pequeña en comparación con la primera placa 30 de lente. El elemento
10 óptico, la primera placa 30 de lente y la segunda placa 40 de
lente se alojan en una montura 60, proporcionando un producto
pequeño y compacto. Puesto que la segunda placa 40 de lente es
relativamente pequeña, el producto puede montarse fácilmente en una
pared 61 (o un techo), requiriendo sólo una abertura relativamente
pequeña en la pared 61.
Las sublentes 31 de la primera placa 30 de lente
están situadas en una configuración semicircular o similar. Cada
sublente 31 de la primera placa 30 de lente puede tener una
orientación diferente. Por consiguiente, las sublentes 41 de la
segunda placa 40 de lente están situadas en una configuración
semicircular, pero en sentido opuesto, tal como puede observarse en
la figura 9a. Cada sublente 41 de la segunda placa 40 de lente
puede tener una orientación diferente. En consecuencia, la primera
placa 30 de lente puede tener una forma convexa (redondeada) según
se observa en la dirección de propagación del haz 20 de radiación,
mientras que la segunda placa 40 de lente puede tener una forma
cóncava (hueca) según se observa en la dirección de propagación del
haz 20 de radiación.
Resultará evidente para un experto que una
primera sublente 31 de la primera placa 30 de lente y una segunda
sublente 41 de la segunda placa 40 de lente pueden tener una
inclinación similar con respecto a su orientación mostrada en la
figura 5, pero en sentidos opuestos. La orientación de cada segunda
sublente 41 de la segunda placa 40 de lente puede elegirse para que
dependa de la orientación de la primera sublente 31 de la primera
placa 30 de lente, o viceversa.
Según otra realización, todas las sublentes 31
de la primera placa 30 de lente están situadas en una línea recta
con orientaciones inclinadas, y las sublentes 41 de la segunda placa
40 de lente también están situadas en una línea recta con
orientaciones inclinadas. Cada primera sublente 31 de la primera
placa 30 de lente puede tener una inclinación opuesta con respecto
a la inclinación de la segunda sublente 41 de la segunda placa 40
de lente. Esto se muestra en la figura 9b.
Las distancias focales de las sublentes 31, 41
primeras y segundas de las placas 30, 40 de lente primera y segunda
pueden variar en las realizaciones mostradas en las figuras 9a y 9b,
a medida que varíen las distancias entre las correspondientes
sublentes 31, 41 desde las placas 30, 40 de lente primera y
segunda.
En otra realización, un elemento óptico esférico
o asférico, tal como una lente 70 (asférica) está situado detrás de
la segunda placa 40 de lente, tal como se muestra en la figura 10a.
Según una variante, la lente 70 (asférica) está integrada en la
segunda placa 40 de lente, tal como se muestra en la figura 10b.
En otra realización, el dispositivo óptico
comprende un elemento óptico esférico o uno asférico, tal como una
lente 70 situada detrás de la segunda placa 40 de lente según se
observa en la dirección de propagación de la radiación emitida, en
uso, por las fuentes 11, 12, 13, 14 de radiación, por ejemplo,
integrada en la segunda placa 40 de lente.
El uso de una lente 70 (asférica) de este tipo
potencia el rendimiento del haz.
Basándose en lo anterior, una pluralidad de LED
está situada en un elemento 10 óptico. El haz 20 de radiación
generado por el elemento 10 óptico es sustancialmente colimado, pero
la radiación procedente de los diferentes LED 11, 12, 13, 14
todavía no está mezclada en el campo lejano. Se proporcionan una
placa 30 de lente y posiblemente una segunda placa 40 de lente para
mezclar la radiación de los diferentes LED 11, 12, 13, 14. Esta
radiación mezclada puede usarse para iluminar un objeto, tal como
una pared.
Las sublentes 31 de la primera placa 30 de lente
pueden tener diferentes formas para conformar la ventana 50 de
iluminación creada por el dispositivo óptico. Naturalmente, también
puede situarse un diafragma tras cada sublente 31 de la primera
placa 30 para conformar el haz de radiación.
Todos los LED 11, 12, 13, 14 pueden tener un
color diferente. El color del haz de iluminación mezclado puede
cambiarse controlando la corriente de cada LED 11, 12, 13, 14. Sin
embargo, los LED 11, 12, 13, 14 también pueden tener un solo e
igual color.
Todos los LED 11, 12, 13, 14, el elemento 10
óptico, la primera placa 30 de lente y la segunda placa 40 de lente
pueden estar integrados en una sola montura 60 o cubierta. Un
producto de este tipo es relativamente pequeño y compacto. El
producto puede ser grande, por ejemplo, de aproximadamente 15 cm,
pero puede ser también más pequeño, de 10 cm, produciendo una
ventana de iluminación de aproximadamente 25 x 25 cm a una distancia
de aproximadamente 2 m de la segunda placa 40 de lente.
Las realizaciones descritas anteriormente
proporcionan un dispositivo óptico sencillo y compacto para mezclar
diferentes haces de radiación sustancialmente colimados, paralelos.
Al mismo tiempo, se proporciona una herramienta de conformación de
haces sencilla y compacta. El dispositivo óptico mostrado
anteriormente puede ser relativamente pequeño, con una longitud
(desde el elemento 10 óptico hasta la segunda placa 40 de lente) que
puede ser bastante inferior a 10 cm, mientras que proporciona una
ventana de iluminación relativamente grande a una distancia
relativamente corta, en combinación con un buen mezclado de colores
y conformación de haces.
Además, los LED 11, 12, 13, 14 (de alta
potencia) pueden enfriarse fácilmente en la parte posterior del
elemento 10 óptico, a través del soporte 15.
Se ha descrito un dispositivo óptico que crea
una ventana de iluminación mezclando una pluralidad de LED 11, 12,
13, 14. Sin embargo, resultará evidente que también pueden usarse
otras fuentes de radiación (fuentes luminosas), tales como
bombillas (luminosas), lámparas de descarga (corona), etc. en lugar
de los LED 11, 12, 13, 14.
También resultará evidente que pueden usarse
otras configuraciones en lugar de una pluralidad de fuentes de
radiación situadas dentro de un elemento 10 óptico. De hecho, pueden
usarse la primera placa 30 de lente y la segunda placa 40 de lente
para crear una ventana de iluminación a partir de cualquier haz 20
de radiación, sustancialmente colimado, posiblemente no
mezclado.
Se han descrito realizaciones preferidas del
método y los dispositivos según la invención con el fin de enseñar
la invención. Resultará evidente para los expertos en la técnica que
pueden concebirse otras realizaciones alternativas y equivalentes
de la invención y realizarse en la práctica sin apartarse del
alcance de la invención según se reivindica.
Claims (9)
1. Dispositivo óptico para crear una ventana
(50) de iluminación, comprendiendo el dispositivo óptico una
pluralidad de fuentes (11, 12, 13, 14) de radiación y un elemento
(10) óptico, estando dispuesto el elemento (10) óptico para crear
un haz (20) de radiación sustancialmente colimado a partir de
radiación generada por la pluralidad de fuentes (11, 12, 13, 14) de
radiación, en el que la radiación generada por la respectiva
pluralidad de fuentes (11, 12, 13, 14) de radiación es
sustancialmente no mezclada,
en el que el dispositivo óptico comprende además
una primera placa (30) de lente que tiene una pluralidad de
primeras sublentes (31) de la primera placa (30) de lente, en el que
cada primera sublente (31) proyecta una parte del haz (20) de
radiación en una ventana (50) de iluminación, de tal manera que las
proyecciones de cada primera sublente (31) se solapan al menos
parcialmente,
caracterizado porque el dispositivo
óptico comprende además una segunda placa (40) de lente que tiene
una pluralidad de segundas sublentes (41), en el que la segunda
sublente (41) de la segunda placa (40) de lente proyecta imágenes
de una primera sublente (31) correspondiente de la primera placa
(30) de lente en una ventana (50) de iluminación, de tal manera que
las imágenes de cada primera sublente (31) de la primera placa (30)
de lente proyectadas por la segunda sublente (41) de la segunda
placa (40) de lente se solapan al menos parcialmente.
2. Dispositivo óptico según la reivindicación 1,
en el que la pluralidad de fuentes (11, 12, 13, 14) de radiación
está formada por diodos emisores de luz (LED).
3. Dispositivo óptico según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en el que la pluralidad de fuentes
(11, 12, 13, 14) de radiación emite, cada una, una longitud de onda
de radiación diferente.
4. Dispositivo óptico según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en el que la pluralidad de primeras
sublentes (31) de la primera placa (30) de lente tiene una de las
siguientes formas: forma cuadrada, rectangular, circular, hexagonal,
que genera una ventana de iluminación que tiene una forma
correspondiente.
5. Dispositivo óptico según una cualquiera de
las reivindicaciones 1 y 4, en el que cada primera sublente (31) de
la primera placa (30) de lente tiene una distancia focal (f1), y las
segundas sublentes (41) de la segunda placa (40) de lente están
situadas en la distancia focal (f1) de cada primera sublente (31)
correspondiente de la primera placa (30) de lente.
6. Dispositivo óptico según una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 5, en el que la primera sublente (31) de
la primera placa (30) de lente y la segunda sublente (41)
correspondiente de la segunda placa (40) de lente difieren en
tamaño.
7. Dispositivo óptico según una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 6, en el que las diferentes primeras
sublentes (31) de la primera placa (30) de lente de la pluralidad
de primeras sublentes (31) de la primera placa (30) de lente tienen
diferentes orientaciones, y en el que las diferentes segundas
sublentes (41) de la segunda placa (40) de lente de la pluralidad
de segundas sublentes (41) de la segunda placa (40) de lente tienen
diferentes orientaciones, eligiéndose la orientación de las
primeras sublentes (31) de la primera placa (30) de lente para que
dependa de la orientación de las segundas sublentes (41) de la
segunda placa (40) de lente, o viceversa.
8. Dispositivo óptico según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, que comprende además un elemento
óptico esférico o uno asférico, tal como una lente (70) situada
detrás de la segunda placa (40) de lente tal como se observa en la
dirección de propagación de la radiación emitida, en uso, por las
fuentes (11, 12, 13, 14) de radiación, por ejemplo, integradas en
la segunda placa (40) de lente.
9. Producto que comprende una montura (60) que
aloja un dispositivo óptico según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores.
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