ES2625067T3 - Procedimiento de definición de una lente esférica y módulo de iluminación para proyector de vehículo automóvil que comprende dicha lente - Google Patents

Procedimiento de definición de una lente esférica y módulo de iluminación para proyector de vehículo automóvil que comprende dicha lente Download PDF

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ES2625067T3 ES13737322.1T ES13737322T ES2625067T3 ES 2625067 T3 ES2625067 T3 ES 2625067T3 ES 13737322 T ES13737322 T ES 13737322T ES 2625067 T3 ES2625067 T3 ES 2625067T3
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Abstract

Procedimiento de definición de una lente esférica (120) de eje óptico (x) determinado del tipo que comprende una superficie de entrada (121) apta para recibir un flujo luminoso procedente de una fuente luminosa (110) situada en el foco (F) de la lente (120) sobre el eje óptico (x) y una superficie de salida (122) de la cual emergen los rayos del flujo luminoso que han atravesado la lente (120), siendo obtenida la citada superficie de salida (122) de la revolución de una curva generatriz (124) alrededor del eje óptico (x); estando calculada la citada curva generatriz (124) para orientar los rayos que emergen de la citada superficie de salida (122) en una dirección paralela al eje óptico (x), caracterizado porque consiste en construir la superficie de entrada evolutiva (121) a partir de una zona sensiblemente plana (126) de la superficie de entrada (121), centrada alrededor del plano medio (PM) de la lente (120), y hacer evolucionar a continuación progresivamente la citada zona plana (126) de la superficie de entrada (121) hacia una forma cilíndrica para cada sección radial de la lente (120), hasta obtener un perfil cilíndrico en el borde (123) de la lente (120).

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento de definicion de una lente esferica y modulo de iluminacion para proyector de vehmulo automovil que comprende dicha lente
El campo tecnico del invento es el de las luces de un automovil
El invento se refiere en particular a los sistemas de proyeccion, o proyectores, que comprenden un modulo de iluminacion apto para crear las luces de cruce, la luz de carretera, las luces antiniebla, etc.
Se refiere mas particularmente a un modulo de iluminacion que comprende una unica fuente luminosa, especialmente un diodo electroluminiscente o LED (acronimo anglo-sajon para “Ligth-Emitting Diode”) asociado a una lente de proyeccion esferica y a un procedimiento de definicion de tal lente.
En la tecnica anterior, la forma de la distribucion luminosa esta definida por un reflector y un ocultador con el fin de crear una luz de cruce y su lmea de corte.
La utilizacion de un ocultador para definir la forma de la distribucion luminosa reduce la prestacion del proyector, pues una fraccion importante del flujo luminoso (50% aprox.) es ocultada.
Ademas, el ocultador representa un componente que debe estar integrado mecanicamente en el proyector, con una forma y unas caracteristicas opticas (especialmente de reflexion) muy precisas.
La publicacion WO 01/07958 A1 describe una lente particularmente ilustrativa.
El presente invento propone un modulo de iluminacion en el cual la forma del haz luminoso, proyectado delante del vehmulo, esta completamente definido por la geometria de la lente y por la posicion relativa de la fuente luminosa y de la lente, sin la utilizacion de ningun ocultador u otro elemento ocultador.
A estos efectos, el invento tiene como primer objetivo un procedimiento de definicion de una lente esferica con un eje optico determinado, de acuerdo con el objeto de la reivindicacion 1.
Segun una caracteristica, la evolucion de la superficie de entrada responde a una ecuacion de la lente esferica que se expresa en funcion de la distancia al eje optico, por la siguiente ecuacion:
r2
z{r) = —y..... ..... —-y + Qxr2 + or2r4 + a3r6 -|---
/?(l + v/l-(l+K)£j
En donde: R es el radio de cuivatura de la lente; K es la
conicidad
-+- cv2r4 -+- c*3r° -+- - - -. terminos correspondientes a unos
coeficientes de correccion que estan determinados para ajustar la zona sensiblemente plana en el perfil cilindrico.
El invento tiene como tercer objetivo un modulo de iluminacion apto para generar un haz luminoso, comprendiendo el citado modulo de iluminacion una fuente luminosa y una lente de proyeccion, siendo obtenida la citada lente a partir de un procedimiento tal como el que se ha descrito anteriormente.
El invento tiene como cuarto objetivo un proyector para un vehmulo automovil, caracterizado porque comprende al menos un modulo de iluminacion tal como el descrito anteriormente.
El invento tiene como cuarto objetivo, un procedimiento de formacion de un haz luminoso de una luz de cruce obtenido a partir de un proyector tal como se ha descrito anteriormente, consistente en desplazar la fuente luminosa segun una direccion perpendicular al eje optico y en hacer girar la fuente luminosa alrededor del eje optico de tal manera que se obtiene una distribucion del haz luminoso de forma de alas de mariposa, una parte del contorno del cual, despues de la rotacion, define una lmea de corte habitual para una luz de cruce.
De esta manera, ventajosamente, la lente es el unico actor en la configuracion completa del haz luminoso, para la creacion de una luz de cruce, sin la utilizacion de ningun ocultador u otro medio de ocultacion.
Se aumenta la prestacion del proyector: se aumenta el rendimiento energetico (no utilizacion de un ocultador) y se domina mejor el control de la forma del haz (distribucion y homogeneidad del haz).
Se simplifica la mecanica del modulo: reduccion del numero de componentes con respecto a un concepto clasico.
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Se reduce el tamano del modulo: ausencia de un reflector colector.
Otros objetivos, caractensticas y ventajas del invento apareceran en el transcurso de la siguiente descripcion de uno de los modos de realizacion, dado a tttulo de ejemplo no limitativo, con referencia a los dibujos adjuntos.
En estos dibujos:
- la figura 1 es una vista esquematica en corte vertical axial de un modulo optico segun el estado de la tecnica;
- la figura 2 es una vista frontal del modulo optico de la figura 1, sin la lente, en el cual el ocultador esta en una posicion que permite obtener un haz luminoso del tipo “luz de cruce”.
- la figura 3 ilustra una lente esferica de tipo ya conocido;
- la figura 4 es una vista en corte de una lente esferica que ilustra la direccion de los rayos emergentes en funcion de unas curvaturas de la lente;
- la figura 5 ilustra un procedimiento de definicion de la superficie de salida de una lente esferica con una superficie de entrada plana;
- la figura 6 ilustra la distribucion de un haz luminoso proyectado sobre una pantalla por la lente de la figura 5,
- la figura 7 ilustra un procedimiento de definicion de la superficie de salida de una lente esferica con la superficie de
entrada cilmdrica (lente esferica toroidal);
- la figura 8 ilustra la distribucion de un haz luminoso proyectado sobre una pantalla por la lente de la figura 7,
- la figura 9 ilustra la distribucion de un haz luminoso procedente de la lente de la figura 7 para la creacion de una luz
de cruce;
- la figura 10 ilustra el efecto sobre el haz luminoso de un alargamiento vertical de la distribucion a partir de una lente definida por el procedimiento segun el invento;
- la figura 11 ilustra una distribucion luminosa obtenida cuando se gira el haz alrededor del eje optico de la lente de la figura 10 con el fin de obtener la lmea de corte habitual de una luz de cruce;
- la figura 12 ilustra una forma evolutiva de la zona central de la superficie de entrada de la lente definida por el procedimiento segun el invento con el fin de crear las zonas de concentracion de la luz de cruce;
- la figura 13 ilustra una zona de concentracion luminosa engendrada por la superficie de entrada evolutiva de la lente definida por el procedimiento segun el invento; y
- la figura 14 ilustra un modo de realizacion de un modulo de iluminacion segun el invento para un proyector de un vefuculo automovil.
En las diferentes figuras, las mismas referencias designan elementos identicos o similares.
Para las figuras que ilustran las distribuciones luminosas, las zonas en negro corresponden a unas zonas de fuerte concentracion luminosa.
Un modulo de iluminacion 1 de un proyector de un vefuculo automovil del estado de la tecnica esta descrito a continuacion con referencia a la figura 1.
Comprende un reflector elipsoidal 20, una lente convergente 40, situada delante del reflector 20 y al menos una fuente luminosa 10 que produce una pluralidad de rayos luminosos, situada en el reflector 20.
El reflector 20, la lente 40 y la fuente luminosa 10 estan estructurados para proyectar un haz luminoso al exterior del modulo 1.
La fuente luminosa 10 esta situada en el primer foco F1 del reflector 20. La fuente luminosa esta realizada, por ejemplo, a partir de una lampara halogena, de una lampara de xenon o de uno o varios LEDs.
Los rayos luminosos producidos por la fuente luminosa 10 son reflejados por el reflector 20 y son focalizados sobre un segundo foco F2. La lente convergente 40 esta situada delante del reflector de tal manera que su foco coincida con el foco F2.
Tal disposicion permite producir un haz luminoso del tipo “luz de carretera”.
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Para obtener un haz del tipo “luz de cruce o codigo” a partir de esta disposicion, el modulo optico 1 comprende ademas un ocultador 30 amovible que esta posicionado en las cercamas del foco F2. El ocultador 30 bloque alrededor del 50% del flujo luminoso (figura 2).
Los rayos luminosos procedentes del foco F2 atraviesan la lente 40, que esta calculada de tal manera que los rayos emerjan de la lente paralelamente al eje optico “x” (vease la figura 1).
La figura 3 ilustra un ejemplo de lente esferica. Esta caracterizada por su flecha z (r) calculada a partir de la siguiente ecuacion:
imagen1
En donde: R es el radio de curvatura de la lente
K es la conicidad;
r es a distancia de la flecha al eje optico
ai r2 + a2 r4 + a3 r6 +...es una serie polinomica en “r” en donde a-i, a2, a3... son unos coeficientes determinados para modificar la flecha z(r) de la lente y por lo tanto la direccion de los rayos emergentes.
Para pequenos valores del parametro r, proximos al eje x de la lente, la lente puede estar definida por una curva “conica”.
Tal como esta ilustrado en la figura 4, la curvatura C de la lente es corregida progresivamente por los factores de correccion (curvatura C1 en trazos punteados).
La curvatura C corresponde a la fraccion de la ecuacion (1) de una lente con perfil conico: los rayos luminosos r1 emergen paralelamente a la direccion paralela al eje optico x en las proximidades del eje optico de la lente (trazos gruesos): en las proximidades del eje optico, las curvaturas C y C1 estan confundidas (coinciden). Al alejarse del eje optico, los rayos r1 son desviados progresivamente de esta direccion (rayos r2 en trazos finos).
Los coeficientes de correccion deforman progresivamente la curvatura C con el fin de que todos los rayos emerjan paralelamente a la direccion x (rayos r3 en trazo discontinuo).
La curvatura de la superficie de salida de los rayos, considerada con respecto al eje x, se llama “curva generatriz”.
Por superficie de salida, se entiende la superficie por la cual salen los rayos llamados emergentes y por superficie de entrada, la superficie por la cual entra el haz luminoso generado por la fuente luminosa.
La figura 5 ilustra un procedimiento de definicion de una superficie de salida 52 de una lente esferica 50.
La superficie de entrada 51 de la lente es plana.
La superficie de salida 52 de la lente se obtiene por la revolucion de la curva generatriz 53 alrededor de un eje de revolucion 54 que corresponde al eje optico x de la lente.
La figura 6 ilustra la distribucion de un haz luminoso proyectado sobre un plano vertical Y-Z de un sistema de referencias X, Y, Z situado a 25 m (pantalla) de la lente esferica 50 cuando una fuente luminosa 55 esta situada en el foco F5 de la lente 50 sobre el eje optico x que es igualmente el eje de revolucion 54.
Se obtiene de esta manera un haz del tipo “luz de carretera”.
Un haz “luz de cruce o codigo” se obtiene cuando se coloca un ocultador en las proximidades del foco F5 de la lente 50, como esta representado en la figura 1.
El haz esta concentrado en la interseccion de los ejes Y y Z.
La figura 7 ilustra un procedimiento de definicion de una lente torica 70, obtenida por la misma curva generatriz 73 utilizada para la definicion de la lente esferica de la figura 5. En este caso, la lentilla torica 70 se obtiene por la revolucion de la curva generatriz 73 alrededor del eje de revolucion 74 y por la revolucion de una recta generatriz 76 de la superficie de entrada 71, alrededor de un eje vertical “z”, perpendicular al eje optico x, que pasa por el foco F5 de la lente 70. La superficie de entrada 71 de la lente 70 no es ya un plano, sino un cilindro.
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La figura 8 ilustra la distribucion de un haz luminoso proyectado sobre un plano vertical Y-Z de un sistema de referencias X, Y, Z, situado a 25m (pantalla) de la lente esferica 70 cuando una fuente luminosa 75 esta situada en el foco F7 de la lente 70 sobre el eje optico x que es igualmente el eje de revolucion 74.
La figura 9 ilustra la distribucion del haz luminoso procedente de la lente torica 70 cuando la fuente luminosa 75 es desplazada verticalmente, hacia arriba, a lo largo del eje vertical z. Esto permite la creacion de una lmea de corte, necesaria para la creacion de una luz de cruce.
El haz luminoso, procedente de la lente torica 70, es un haz ancho y poco concentrado.
En la tecnica anterior, se obtiene una zona de concentracion poco ancha y muy intensa en las proximidades del eje, con la ayuda tfpicamente de un reflector 20 (figura 1).
Por otra parte, el haz procedente de una lente torica no tiene la distribucion vertical suficiente, capaz de iluminar en las cercamas ni a media distancia del vefuculo.
Un procedimiento de definicion de una lente segun el invento se describe a continuacion.
La curva generatriz de la superficie de entrada de la lente segun el invento se determina a partir de una funcion evolutiva.
Hasta una distancia determinada “d” de su eje optico, el comportamiento de la lente es el de una lente esferica clasica, es decir una lente en la que los rayos salen paralelamente al eje optico de la lente (angulo nulo con respecto a ese eje). Mas alla de esta distancia “d”, los coeficientes de correccion de la ecuacion (1) son atenuados, para que los rayos luminosos emerjan de la lente con unos angulos superiores a cero. La atenuacion de estos parametros esta definida precisamente por los polinomios de correccion esfericos:
2 4 6
ai r + a2 r + a3 r +...
Se acentua esta evolucion para cada seccion radial de la lente, a partir del plano medio PM de la lente.
El efecto sobre el haz luminoso es un alargamiento vertical de la distribucion que crea el efecto ilustrado en la figura10.
A continuacion se orientan las formas perifericas, en forma de alas de mariposa, que una vez orientadas correctamente permiten una mejor iluminacion de la carretera a cortas y medias distancias.
La figura 11 ilustra la distribucion luminosa obtenida cuando se gira el haz alrededor del eje optico de la lente segun el sentido anti-trigonometrico, o sea una rotacion hacia abajo a la izquierda de la distribucion luminosa, con el fin de obtener el corte habitual de una luz de cruce (corte horizontal a la izquierda e inclinado a la derecha en los pafses en los que se conduce por la izquierda).
Como esta ilustrado en la figura 12, se crea una forma evolutiva de la zona central 126 de la superficie de entrada de la lente 120 con el fin de crear las zonas de concentracion de la luz de cruce.
Se aplana la superficie de entrada 121 en las proximidades del eje optico x (comportamiento de concentracion como en una lente esferica) y se hace evolucionar progresivamente esta forma plana hacia una forma cilmdrica para ajustarse a la superficie de entrada 121 de una lente torica, es decir, hasta un perfil cilmdrico de los bordes 123.
La figura13 ilustra la zona de concentracion 130 engendrada por la superficie de entrada evolutiva 121.
Ella se superpone a la zona de concentracion de la distribucion de la figura 11.
La figura 14 ilustra un modo de realizacion preferido de un modulo de iluminacion 100 segun el invento para un proyector de un vefuculo automovil.
El modulo 100 comprende una fuente luminosa 110 que comprende un LED de potencia 111 montado sobe un circuito impreso 112 y una lente 120 tal como esta definida por el procedimiento de definicion descrito anteriormente. Tal modulo 100 segun el invento permite generar una luz de cruce sin tener necesidad ni de un reflector elipsoidal ni de un ocultador amovible.

Claims (5)

  1. 5
    10
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    25
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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento de definicion de una lente esferica (120) de eje optico (x) determinado del tipo que comprende una superficie de entrada (121) apta para recibir un flujo luminoso procedente de una fuente luminosa (110) situada en el foco (F) de la lente (120) sobre el eje optico (x) y una superficie de salida (122) de la cual emergen los rayos del flujo luminoso que han atravesado la lente (120), siendo obtenida la citada superficie de salida (122) de la revolucion de una curva generatriz (124) alrededor del eje optico (x); estando calculada la citada curva generatriz (124) para orientar los rayos que emergen de la citada superficie de salida (122) en una direccion paralela al eje optico (x), caracterizado porque consiste en construir la superficie de entrada evolutiva (121) a partir de una zona sensiblemente plana (126) de la superficie de entrada (121), centrada alrededor del plano medio (PM) de la lente
    (120) , y hacer evolucionar a continuacion progresivamente la citada zona plana (126) de la superficie de entrada
    (121) hacia una forma cilmdrica para cada seccion radial de la lente (120), hasta obtener un perfil cilmdrico en el borde (123) de la lente (120).
  2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion precedente, caracterizado porque la evolucion de la superficie de entrada (121) responde a una ecuacion z (r) de la lente esferica (120) que se expresa en funcion de la distancia r al eje optico x por la siguiente ecuacion:
    T2
    z(r) = —t------ - 'v + ajr2 + ft2r4 + a3r5 6 -|----
    En donde: R es el radio de curvatura de la lente.
    K es la conicidad;
    a1 r2 +a2 r4 +a3 r6 +... terminos correspondientes a unos coeficientes de correccion que son determinados para ajustar la zona sensiblemente plana al perfil cilmdrico.
  3. 3. modulo de iluminacion (100) apto para generar un haz luminoso, comprendiendo el citado modulo de iluminacion (100) una fuente luminosa (110) y una lente de proyeccion (120), siendo obtenida la citada lente (120) a partir de un procedimiento segun una de las reivindicaciones precedentes.
  4. 4. Proyector de un vefuculo automovil, caracterizado porque comprende al menos un modulo de iluminacion (100) segun la reivindicacion precedente.
  5. 5. Procedimiento de formacion de un haz luminoso de una luz de cruce obtenido a partir de un proyector segun la reivindicacion precedente que consiste en desplazar la fuente luminosa (110) segun una direccion (z) perpendicular
    al eje optico (x) y en hacer girar la fuente luminosa (110) alrededor del eje optico (x) de tal manera que se obtenga una distribucion del haz luminoso en forma de alas de mariposa, una de cuyas partes del contorno, despues de la rotacion, defina una lmea de rotura habitual de una luz de cruce.
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