ITVI20100329A1 - OPTICAL SYSTEM WITH HIGH LUMINOUS EFFICIENCY COLLIMENT - Google Patents

Description

SISTEMA OTTICO COLLIMANTE AD ALTA EFFICIENZA LUMINOSA HIGH LIGHT EFFICIENCY COLLIMATING OPTICAL SYSTEM

La presente invenzione si inserisce nel campo dell’illuminotecnica, e in particolare si riferisce a un sistema ottico collimante ad alta efficienza per l’illuminazione architettonica di esterni. The present invention is part of the lighting engineering field, and in particular it refers to a high efficiency collimating optical system for architectural exterior lighting.

Più dettagliatamente, l’invenzione riguarda un riflettore per apparecchi di illuminazione per esterni, che si avvale dell’impiego di sorgenti luminose di forma sferica o cilindrica, quali HID (sorgenti a scarica High Intensity Discharge), tubi fluorescenti o lampade a filamento, e produce un fascio collimato di luce in una direzione desiderata, mantenendo una elevata efficienza dell’apparecchio ed un ingombro contenuto, senza che vi sia radiazione direttamente proveniente dalla sorgente. More specifically, the invention relates to a reflector for outdoor lighting fixtures, which makes use of spherical or cylindrical light sources, such as HID (High Intensity Discharge sources), fluorescent tubes or filament lamps. , and produces a collimated beam of light in a desired direction, maintaining a high efficiency of the device and a small footprint, without there being radiation directly coming from the source.

La forma di un riflettore per apparecchi di illuminazione dipende dalla sorgente luminosa e dalla distribuzione di intensità luminosa che si vuole ottenere. The shape of a reflector for luminaires depends on the light source and the distribution of light intensity to be obtained.

Nel caso in questione si tratta di un riflettore per sorgenti luminose a simmetria cilindrica o sferica, come una comune lampada di illuminazione a scarica, e si desidera ottenere un fascio collimato di luce, costituito da sola luce riflessa, ovvero privo di luce direttamente proveniente dalla sorgente. In the case in question it is a reflector for cylindrical or spherical symmetry light sources, such as a common discharge lighting lamp, and it is desired to obtain a collimated beam of light, consisting of only reflected light, i.e. devoid of light directly coming from the source.

Un semplice riflettore collimante per lampade di illuminazione a scarica, di forma tubolare, di tipo noto, quale quello mostrato nella figura 1 allegata, à ̈ realizzato disegnando un profilo PF in una sezione S della lampada L e facendolo poi estrudere lungo l’asse AX della lampada stessa, fino a formare una superficie, quale quella indicata con SE in figura 2. A simple collimating reflector for discharge lighting lamps, of tubular shape, of a known type, such as the one shown in the attached figure 1, is made by drawing a PF profile in a section S of the lamp L and then making it extrude along the axis AX of the lamp itself, to form a surface, such as that indicated by SE in figure 2.

Il profilo disegnato in due dimensioni (figura 1) determina in modo univoco il comportamento fotometrico del riflettore tridimensionale R di figura 2. Se il profilo à ̈ parabolico si ottiene un fascio collimato nel piano in cui giace il profilo (si veda il tracciamento del raggio FR in figura 1). The profile drawn in two dimensions (figure 1) uniquely determines the photometric behavior of the three-dimensional reflector R of figure 2. If the profile is parabolic, a collimated beam is obtained in the plane in which the profile lies (see the tracing of the beam FR in figure 1).

In ogni caso in questo tipo di riflettori si hanno due componenti del fascio in uscita: la componente riflessa dal riflettore SE e la componente diretta proveniente dalla sorgente S. Quest’ultima componente diretta ha una distribuzione di intensità luminosa che dipende dalla sorgente S stessa e non à ̈ controllabile da progetto. Essa à ̈ quindi spesso indesiderata nell’illuminazione architettonica di esterni, nella quale si preferiscono fasci collimati per una illuminazione radente degli edifici. La componente diretta viene di solito schermata con un assorbitore, come lo schermo AS di figura 2, e questo porta ad una conseguente perdita di efficienza del sistema. In any case, in this type of reflectors there are two components of the output beam: the component reflected by the reflector SE and the direct component coming from the source S. This last direct component has a distribution of light intensity that depends on the source S itself. and it is not project-controllable. It is therefore often undesirable in architectural outdoor lighting, in which collimated beams are preferred for grazing lighting of buildings. The direct component is usually shielded with an absorber, such as the AS shield of figure 2, and this leads to a consequent loss of system efficiency.

Nell’ambito delle esigenze sopra menzionate, scopo della presente invenzione à ̈ quello di eliminare gli inconvenienti lamentati, realizzando un sistema ottico collimante ad alta efficienza, senza ricorrere ad assorbitori per la luce diretta, che consenta quindi di ottenere alta efficienza luminosa grazie all’utilizzo di tutta la luce del corpo illuminante, garantendo, al contempo, un ingombro contenuto. In the context of the above-mentioned requirements, the aim of the present invention is to eliminate the aforementioned drawbacks, creating a high efficiency collimating optical system, without resorting to absorbers for direct light, which therefore allows to obtain high luminous efficiency thanks to the € ™ use of all the light of the luminaire, guaranteeing, at the same time, a small footprint.

Altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un sistema ottico collimante ad alta efficienza rispondente alle disposizioni di sicurezza vigenti. Another purpose of the present invention is that of realizing a high efficiency collimating optical system which complies with the safety provisions in force.

Ulteriore scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un sistema ottico collimante ad alta efficienza, che risulti estremamente efficace e funzionale e di costruzione relativamente semplice, sicura ed affidabile. A further purpose of the invention is that of realizing a highly efficient collimating optical system, which is extremely effective and functional and of relatively simple, safe and reliable construction.

Questi ed altri scopi, secondo la presente invenzione, vengono raggiunti realizzando un sistema collimante ad alta efficienza, con una o più sorgenti luminose per ambienti esterni, secondo la rivendicazione 1 allegata. Ulteriori scopi e vantaggi di un sistema ottico collimante ad alta efficienza, secondo la presente invenzione, risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, relativa ad un esempio preferito di realizzazione, esemplificativa e non limitativa, del sistema ottico in questione, e dai disegni schematici allegati, nei quali: These and other purposes, according to the present invention, are achieved by realizing a high efficiency collimating system, with one or more light sources for outdoor environments, according to the attached claim 1. Further objects and advantages of a high efficiency collimating optical system, according to the present invention, will become more evident from the following description, relating to a preferred exemplary and non-limiting embodiment of the optical system in question, and from the attached schematic drawings, in which:

- la figura 1 Ã ̈ uno schema geometrico di un profilo riflettente noto, per lampade di illuminazione tubolari; - figure 1 is a geometric scheme of a known reflecting profile, for tubular lighting lamps;

- la figura 2 à ̈ uno schema geometrico di una superficie riflettente formata estrudendo lungo l’asse della lampada il profilo riflettente di figura 1; - figure 2 is a geometric scheme of a reflecting surface formed by extruding the reflecting profile of figure 1 along the axis of the lamp;

- la figura 3 à ̈ uno schema geometrico attraverso cui si ottiene il profilo di un riflettore per l’impiego del sistema ottico secondo l’invenzione; - figure 3 is a geometric scheme through which the profile of a reflector is obtained for the use of the optical system according to the invention;

- la figura 4 mostra uno spaccato assonometrico del riflettore di figura 3 impiegato nel sistema ottico secondo la presente invenzione. - figure 4 shows an axonometric section of the reflector of figure 3 used in the optical system according to the present invention.

Con particolare riferimento alle figure 3 e 4 menzionate, al fine di ottenere un sistema ottico collimante ad alta efficienza privo di luce proveniente direttamente da una o più sorgenti, si procede, secondo la presente invenzione, a realizzare una particolare geometria di riflettore da impiegare in tale apparecchio illuminante. With particular reference to the aforementioned figures 3 and 4, in order to obtain a high efficiency collimating optical system devoid of light coming directly from one or more sources, according to the present invention, a particular geometry of reflector to be used in such lighting fixture.

A tale proposito, in particolare, si disegna uno specifico riflettore, composto da più parti, ottenuto con la seguente procedura. In this regard, in particular, a specific reflector is designed, made up of several parts, obtained with the following procedure.

Il riflettore viene progettato come profilo in un piano (figura 3), poi il profilo viene estruso in direzione perpendicolare al piano in cui giace (figura 4). In questo modo viene controllata la distribuzione della luce nel piano parallelo al profilo. The reflector is designed as a profile in a plane (figure 3), then the profile is extruded in a direction perpendicular to the plane in which it lies (figure 4). In this way the light distribution in the plane parallel to the profile is controlled.

Il profilo del riflettore, come mostrato in figura 3, à ̈ composto da un profilo ellittico 1, che presenta due fuochi F ed F1, e che contiene la sorgente 3, e un profilo parabolico 2. La sorgente 3 à ̈ posizionata in corrispondenza del fuoco F del profilo ellittico 1 più lontano dall’apertura A, che mette in comunicazione le due parti del profilo. In corrispondenza dell’altro fuoco F1 del profilo ellittico 1, si forma una immagine virtuale 4 della sorgente 3. Il posizionamento della sorgente 3 nel fuoco F, più lontano dall’apertura A, impedisce vantaggiosamente che vi sia un oscuramento da parte della sorgente 3 reale sulla sua immagine virtuale 4. The reflector profile, as shown in figure 3, is composed of an elliptical profile 1, which has two foci F and F1, and which contains the source 3, and a parabolic profile 2. The source 3 is positioned in correspondence with the focus F of the elliptical profile 1 farthest from the opening A, which connects the two parts of the profile. In correspondence with the other focus F1 of the elliptical profile 1, a virtual image 4 of the source 3 is formed. The positioning of the source 3 in the focus F, further away from the opening A, advantageously prevents darkening by the real source 3 on its virtual image 4.

Come mostrato in figura 3, i due fuochi F e F1 sono disegnati il più possibile vicini. In questo modo si ottiene vantaggiosamente una sorgente complessiva, costituita da quella reale 3 più quella virtuale 4, che risulta compatta e quindi, altrettanto vantaggiosamente, le dimensioni del riflettore sono contenute. As shown in figure 3, the two foci F and F1 are drawn as close as possible. In this way an overall source is advantageously obtained, consisting of the real one 3 plus the virtual one 4, which is compact and therefore, just as advantageously, the dimensions of the reflector are contained.

Il fascio di luce diretta proveniente dalla sorgente 3 e uscente dall’apertura A viene intercettato completamente dal profilo parabolico 2 del riflettore, e riflesso all’esterno. The direct light beam coming from the source 3 and exiting from the aperture A is completely intercepted by the parabolic profile 2 of the reflector, and reflected outside.

Anche la radiazione che viene schermata dal profilo ellittico 1 del riflettore viene riflessa dallo stesso profilo ellittico 1, esce dall’apertura A e incide sul profilo parabolico 2 del riflettore. The radiation which is shielded by the elliptical profile 1 of the reflector is also reflected by the elliptical profile 1, exits from the aperture A and affects the parabolic profile 2 of the reflector.

Il profilo parabolico 2 viene costruito posizionando il fuoco in corrispondenza del baricentro 5 delle due sorgenti, reale 3 e virtuale 4, e con l’asse 6 perpendicolare rispetto all’asse 8, passante per i due fuochi F, F1 dell’ellisse, o inclinato di un angolo predefinito rispetto a tale perpendicolare. Nella particolare realizzazione mostrata in figura 3, l’asse 6 della parabola 2 à ̈ inclinato di 5° rispetto alla verticale passante per il baricentro 5. The parabolic profile 2 is constructed by positioning the focus at the center of gravity 5 of the two sources, real 3 and virtual 4, and with axis 6 perpendicular to axis 8, passing through the two foci F, F1 of the ellipse, or inclined by a predefined angle with respect to this perpendicular. In the particular embodiment shown in figure 3, the axis 6 of the parabola 2 is inclined by 5 ° with respect to the vertical passing through the center of gravity 5.

Riassumendo: il profilo ellittico 1 crea una sorgente con emissione in un angolo limitato; questa emissione viene intercettata dal profilo parabolico 2 che produce un fascio collimato in uscita. In questa maniera si ottiene un collimatore che utilizza tutta la luce proveniente dalla sorgente. In summary: the elliptical profile 1 creates a source with emission in a limited angle; this emission is intercepted by the parabolic profile 2 which produces a collimated beam at the output. In this way a collimator is obtained which uses all the light coming from the source.

In figura 4 à ̈ mostrato un esempio di realizzazione del sistema ottico 10, oggetto dell’invenzione, risultato dell’estrusione del profilo della figura 3, che comprende, in particolare, una sorgente a scarica 3, una porzione ellittica 9 e una porzione parabolica 11 di un riflettore e uno schermo trasparente 7 in vetro, che chiude il corpo illuminante e diffonde le radiazioni luminose verso l’esterno. Figure 4 shows an example of realization of the optical system 10, object of the invention, resulting from the extrusion of the profile of figure 3, which includes, in particular, a discharge source 3, an elliptical portion 9 and a parabolic portion 11 of a reflector and a transparent glass screen 7, which closes the lighting body and diffuses the luminous radiations towards the outside.

La distribuzione di intensità radiante che si ottiene nel piano del profilo ha un picco in corrispondenza dell’angolo di inclinazione dell’asse della parabola rispetto alla verticale. The distribution of radiant intensity that is obtained in the plane of the profile peaks at the angle of inclination of the axis of the parabola with respect to the vertical.

Infatti un profilo parabolico produce, nel piano in cui giace, un fascio collimato nella direzione dell’asse della parabola per una sorgente posta nel suo fuoco. Per il sistema ottico 10 di figura 4 si ottiene così un fascio collimato nel piano del profilo parabolico. In fact, a parabolic profile produces, in the plane in which it lies, a collimated beam in the direction of the axis of the parabola for a source placed in its focus. For the optical system 10 of Figure 4, a beam collimated in the plane of the parabolic profile is thus obtained.

Si ottiene anche una alta efficienza del sistema in quanto la radiazione che viene schermata dalla porzione ellittica 9 non viene assorbita, ma viene rimessa in gioco poichà ̈ la finitura della porzione ellittica 9 del riflettore à ̈ speculare e ad alta riflettanza. A high efficiency of the system is also obtained since the radiation that is shielded by the elliptical portion 9 is not absorbed, but is brought into play since the finish of the elliptical portion 9 of the reflector is specular and with high reflectance.

L’ampiezza del picco nella distribuzione di intensità radiante dipende dall’estensione della sorgente complessiva presente nei fuochi F e F1, e quindi sia dalle dimensioni della sorgente reale 3 che dalla distanza fra i due fuochi F ed F1 dell’ellisse. L’ampiezza del picco dipende anche dalla finitura della porzione parabolica 11 del riflettore: il picco à ̈ più stretto, e il fascio di conseguenza più collimato, in caso di finitura lucida con forte componente speculare, meno stretto in caso di finitura satinata con componente diffondente. Per ottenere un fascio collimato e nel contempo massimizzare l’efficienza viene impiegata una finitura speculare ad alta riflettanza anche per questa porzione parabolica 11. La posizione del picco nel diagramma di intensità radiante, e quindi la direzione del fascio uscente, dipende dall’angolo di inclinazione dell’asse 6 del profilo parabolico 2. The amplitude of the peak in the distribution of radiant intensity depends on the extension of the overall source present in the foci F and F1, and therefore both on the dimensions of the real source 3 and on the distance between the two foci F and F1 of the ellipse. The width of the peak also depends on the finish of the parabolic portion 11 of the reflector: the peak is narrower, and the beam is consequently more collimated, in the case of a glossy finish with a strong specular component, less narrow in the case of a satin finish with diffusing component. To obtain a collimated beam and at the same time maximize efficiency, a high reflectance specular finish is also used for this parabolic portion 11. The position of the peak in the radiant intensity diagram, and therefore the direction of the outgoing beam, depends on the angle of inclination of axis 6 of the parabolic profile 2.

Questa costruzione del sistema ottico secondo l’invenzione, composto dalla porzione ellittica 9 e dalla porzione parabolica 11, permette vantaggiosamente di ottenere una distribuzione di luce priva di radiazione direttamente emessa dal corpo illuminante, senza per questo avere una riduzione di efficienza del sistema a causa della presenza di schermi assorbitori. Il sistema inoltre à ̈ costruito in modo da evitare che la radiazione riflessa dalla porzione parabolica 11 rientri nella cavità della porzione ellittica 9, il che porterebbe a riflessioni multiple e ad una conseguente ulteriore perdita di efficienza. Inoltre l’efficienza viene anche massimizzata dall’utilizzo di finiture speculari ad alta riflettanza per tutte le superfici. Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche del sistema ottico collimante ad alta efficienza, che à ̈ oggetto della presente invenzione, così come chiari ne risultano i vantaggi. This construction of the optical system according to the invention, composed of the elliptical portion 9 and the parabolic portion 11, advantageously allows to obtain a distribution of light devoid of radiation directly emitted by the lighting body, without thereby reducing the efficiency of the system. due to the presence of absorber screens. Furthermore, the system is constructed in such a way as to prevent the radiation reflected by the parabolic portion 11 from re-entering the cavity of the elliptical portion 9, which would lead to multiple reflections and a consequent further loss of efficiency. Furthermore, efficiency is also maximized by the use of high reflectance specular finishes for all surfaces. From the above description the characteristics of the high efficiency collimating optical system, which is the object of the present invention, are clear, as well as the advantages.

E’ infine chiaro che numerose altre varianti possono essere apportate al sistema ottico collimante ad alta efficienza in questione, senza per questo uscire dai principi di novità insiti nell’idea inventiva, così come à ̈ chiaro che, nella pratica attuazione dell’invenzione, i materiali, le forme e le dimensioni dei dettagli illustrati potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e gli stessi potranno essere sostituiti con altri tecnicamente equivalenti. Finally, it is clear that numerous other variants can be made to the high efficiency collimating optical system in question, without departing from the principles of innovation inherent in the inventive idea, just as it is clear that, in the practical implementation of the According to the invention, the materials, the shapes and the dimensions of the illustrated details may be any according to the requirements and the same may be replaced with other technically equivalent ones.

Barzanò & Zanardo Roma S.p.A. Barzanò & Zanardo Roma S.p.A.

Claims (8)

RIVENDICAZIONI 1) Sistema ottico (10) collimante ad alta efficienza, comprendente almeno una sorgente luminosa (3), a simmetria sferica o cilindrica, almeno uno schermo riflettente (9), posto esternamente ed attorno a detta almeno una sorgente luminosa (3), ed almeno un riflettore (11), posto esternamente ed attorno a detto almeno uno schermo (9), detto sistema ottico essendo caratterizzato dal fatto che detto schermo (9) presenta una sezione trasversale ellittica (1), con un primo (F) e un secondo fuoco (F1), ed include un’apertura longitudinale (A) affacciata su detto riflettore (11). CLAIMS 1) High efficiency collimating optical system (10), comprising at least one light source (3), with spherical or cylindrical symmetry, at least one reflecting screen (9), placed externally and around said at least one light source (3), and at least one reflector (11), placed externally and around said at least one screen (9), said optical system being characterized in that said screen (9) has an elliptical cross section (1), with a first (F) and a second focus (F1), and includes a longitudinal opening (A) facing said reflector (11). 2) Sistema ottico (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto riflettore ha una sezione parabolica (2), costruita secondo un primo asse (6), inclinato di un angolo prestabilito rispetto ad un secondo asse (8), passante per detti primo (F) e secondo fuoco (F1) di detta sezione ellittica (1) di detto schermo (9). 2) Optical system (10) according to claim 1, characterized by the fact that said reflector has a parabolic section (2), built according to a first axis (6), inclined at a predetermined angle with respect to a second axis (8), passing through for said first (F) and second focus (F1) of said elliptical section (1) of said screen (9). 3) Sistema ottico (10) secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detta almeno una sorgente luminosa (3) coincide con un primo fuoco (F) di detta sezione ellittica (1) di detto schermo (9), più lontano da detta apertura longitudinale (A). 3) Optical system (10) according to claim 1 or 2, characterized in that said at least one light source (3) coincides with a first focus (F) of said elliptical section (1) of said screen (9), further away from said longitudinal opening (A). 4) Sistema ottico (10) secondo la rivendicazione 2 , caratterizzato dal fatto che detto asse (6) di costruzione di detta sezione parabolica di detto riflettore (11) passa per il baricentro (5) di una sorgente complessiva, comprendente detta almeno una sorgente luminosa (3) e la relativa almeno una immagine virtuale (4) che si forma in corrispondenza di detto secondo fuoco (F1) di detta sezione ellittica (1) di detto schermo (9). 4) Optical system (10) according to claim 2, characterized in that said construction axis (6) of said parabolic section of said reflector (11) passes through the center of gravity (5) of an overall source, comprising said at least one source light (3) and the relative at least one virtual image (4) which is formed in correspondence with said second focus (F1) of said elliptical section (1) of said screen (9). 5) Sistema ottico (10) secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto angolo predefinito di inclinazione di detto primo asse (6) rispetto a detto secondo asse (8) corrisponde sostanzialmente ad un angolo retto, detti primo (6) e secondo (8) assi risultando perpendicolari fra loro. 5) Optical system (10) according to claim 3, characterized in that said predefined angle of inclination of said first axis (6) with respect to said second axis (8) substantially corresponds to a right angle, said first (6) and second (8) axes resulting perpendicular to each other. 6) Sistema ottico (10) secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto angolo predefinito di inclinazione di detto primo asse (6) rispetto a detto secondo asse (8) à ̈ compreso fra 85° e 95° (valori estremi inclusi). 6) Optical system (10) according to claim 4, characterized in that said predefined angle of inclination of said first axis (6) with respect to said second axis (8) is between 85 ° and 95 ° (extreme values included) . 7) Sistema ottico (10) secondo una delle rivendicazioni 1-6, caratterizzato dal fatto che detta almeno una sorgente luminosa (3) à ̈ una sorgente a scarica. 7) Optical system (10) according to one of claims 1-6, characterized in that said at least one light source (3) is a discharge source. 8) Sistema ottico (10) secondo una delle rivendicazioni 1-6, caratterizzato dal fatto che detta almeno una sorgente luminosa (3) à ̈ una sorgente fluorescente.8) Optical system (10) according to one of claims 1-6, characterized in that said at least one light source (3) is a fluorescent source.