Reflector de revolución con micro-estructuras superficiales complejas.

El objeto de la presente invención consiste en un sistema óptico para aplicaciones en iluminación formado por una fuente de luz y un reflector cuya cara interna contiene una superficie compleja,

esencialmente con simetría axial, formada por una multiplicidad de micro-estructuras con la particularidad de estar dispuestas según una distribución específica, conforme a una parametrización y división del espacio superficial particular que permite una destrucción adecuada de la imagen proyectada de la propia fuente de luz, y proporciona un patrón de la luz proyectada uniforme, con la posibilidad de una regulación local de la forma y orientación entre micro-estructuras adyacentes mediante deformación, translación y/o rotación, que permite un mayor control de la luz proyectada y posibilita patrones luminosos sin simetría axial, y, además, el reflector puede presentar una superficie interna libre de aristas en la unión entre micro-estructuras adyacentes, de forma que reduce las pérdidas ópticas y ofrece mayor control del haz luminoso. También se describe un nuevo método para la construcción de la superficie compleja del reflector de forma que extiende las limitaciones actuales.

Reflector de revolución con micro-estructuras superficiales complejas.

El objeto de la presente invención consiste en un sistema óptico para aplicaciones en iluminación formado fundamentalmente por una fuente de luz y un reflector (1) , esencialmente con simetría axial, cuya cara interna (2) contiene una superficie compleja formada por una 5 multiplicidad de micro-estructuras (3) con la particularidad de estar dispuestas según una distribución específica, conforme a una parametrización concreta, y con una división del espacio superficial (teselado) particular (6) , lo que permite una destrucción adecuada de la imagen proyectada de la propia fuente de luz, y proporciona un patrón de la luz proyectada uniforme y bien definido. El reflector puede presentar una superficie interna libre de aristas (71) 10 en la unión entre micro-estructuras adyacentes, de forma que reduce las pérdidas ópticas y la dispersión lumínica. Además, puede existir una regulación local de la forma y orientación entre micro-estructuras adyacentes mediante deformación, translación y/o rotación, que permite un mayor control de la luz proyectada y posibilita patrones luminosos sin simetría axial. También se describe un nuevo método para la construcción de la superficie interna compleja del reflector 15 que permite las características técnicas novedosas mencionadas, de forma que extiende y mejora algunas limitaciones actuales.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Un reflector (1) permite dirigir la luz producida por una fuente de luz en unas direcciones particulares, con objeto de aprovechar la luz generada eficientemente y dar el efecto luminoso 20 deseado.

La proyección de luz proveniente de un reflector con su superficie interior lisa, generalmente, presenta sombras molestas correspondientes a la imagen de la propia fuente de luz. Con objeto de eliminar esta imagen proyectada de la fuente y así obtener un patrón luminoso uniforme, se confiere una superficie facetada (20) en la cara interna del reflector. Normalmente, 25 se emplea una estructura regular similar a la presentada en la figura 1.

Sin embargo, con la incorporación de facetas (30) el sistema es susceptible de producir nuevas sombras indeseadas en la luz proyectada que son propias de esta estructura facetada. Esto es debido a la existencia de direcciones y orientaciones predominantes en la superficie del reflector, propias de la estructura. En particular, la existencia de sombras radiales surge por un 30 alineamiento radial de la estructura de facetas, mientras que las sombras anulares son motivo de una simetría axial de la propia estructura de facetas.

Por este motivo, una adecuada distribución espacial de las facetas en la superficie del reflector puede reducir dichas direcciones predominantes y, por consiguiente, disminuir las sombras no deseadas propias de la estructura. Por esta razón, fueron planteadas una serie de 35 distribuciones existentes que evitan dicho alineamiento radial, como la distribución de facetas radialmente curva (figura 2b) , ampliamente utilizada, o una estructura pseudo-aleatoria según patente ES 2 312 260 A1 (figura 2c) .

La gran mayoría de los métodos usados para el diseño de un reflector se basan en operaciones de copia y rotación de superficies con curvaturas principales constantes, 40 generalmente planos o esferas, de forma que la superficie global interna facetada resulta de la intersección de esta pluralidad de superficies básicas, que están dispuestas según una distribución regular. Estas operaciones geométricas básicas están integradas en las herramientas CAD actuales, por lo que la construcción de un reflector actual es relativamente sencilla. Sin embargo, éstas presentan limitaciones técnicas, como por ejemplo originar una 45 distribución con simetría axial, y por tanto, susceptible de sombras anulares debido al uso de dichas operaciones de rotación (figura 2) .

También se han planteado otras distribuciones que rompen, además de la correlación radial, la simetría axial, como una distribución superficialmente aleatoria o aquélla basada en el número áureo según patentes WO 2010/112637 A1 y ES 2 346 395 B1, aunque estas soluciones son sustancialmente más complejas de implementar.

El objeto de la presente invención contempla cuatro nuevos tipos de parametrizaciones que 5 determinan distribuciones espaciales de las facetas, o cualquier otra micro-estructura (3) en la superficie del reflector, que evitan o disminuye alineamientos entre micro-estructuras y orientaciones superficiales preferentes, lo que reduce las sombras indeseadas de la propia estructura. Éstas son: la distribución espiral (figura 3) , la distribución raíz (figura 4) , distribución inversa raíz (figura 6) y la distribución hiperbólica (figura 7) , que serán descritas más adelante. 10

Por otro lado, el teselado, es decir, la división, fragmentación o partición superficial del reflector asociada a cada micro-estructura según un mosaico que cubre toda la superficie del reflector, ha de entenderse en un nuevo orden de cosas distinto al concepto de distribución y/o parametrización espacial de dichas estructuras, anteriormente mencionadas. Es decir, un reflector puede tener micro-estructuras dispuestas según la misma distribución espacial, por 15 ejemplo, en forma regular como en la figura 2a pero con distinta división espacial como se observa en las figuras 8b y 8c. En concreto, el reflector correspondiente a la figura 1 y el correspondiente a la figura 14 tienen la misma distribución y/o parametrización, pero su teselado es manifiestamente distinto.

Resulta que el uso de un teselado determinado influye en las direcciones y orientaciones 20 preferentes promedios de las facetas y, consecuentemente, en la generación de sombras propias de la estructura y en la calidad y definición del patrón de luz proyectado. Además, por otro lado, el teselado también influye en el control de la exposición de la luz en regiones susceptibles de generar dispersión descontrolada (81) y múltiples reflexiones (80) . Por ejemplo, un teselado adecuado similar al mostrado en la figura 18a evita que la luz interaccione con las 25 aristas de unión entre micro-estructuras y sus proximidades, y, consecuentemente, mejora el control lumínico, la definición del patrón luminoso y la eficiencia del sistema óptico. La elección del teselado depende de las especificaciones técnicas. Por tanto, el control del teselado es una extensión del control de la distribución superficial de las micro-estructuras.

A pesar de ello, sin embargo, actualmente no se tiene constancia de la existencia de ninguna 30 consideración o análisis sobre el control del teselado en el diseño de reflectores, debido a la mayor complejidad que esto conlleva, pues exige un cambio sustancial de los métodos de construcción utilizados. La presente invención contempla el control del teselado como mejora técnica en el estado de la técnica.

Hoy en día, dado que la creación de un reflector parte de una pluralidad de superficies básicas 35 de manera que intersecan unas con otras para componer la estructura facetada (figura 23a) , existe una limitación en la partición superficial resultante, pues con los métodos de diseño existentes no es posible controlar efectivamente la fragmentación superficial resultante de dicha intersección. Generalmente, estos métodos actuales producen patrones superficiales no uniformes y no controlables debido a su forma de construcción y a cuestiones meramente 40 geométricas.

En la presente invención se plantean reflectores con un control del teselado, así como un nuevo método de construcción de reflectores que permite definir un teselado arbitrario gracias a micro-estructuras complejas de formas libres. El método supone un cambio sustancial de filosofía en el diseño de reflectores. Actualmente, se parte de una pluralidad de superficies 45 sencillas que intersecan para formar una estructura facetada no controlada de la superficie del reflector. Por el contrario, el método propuesto en la presente invención es justamente lo contrario: los reflectores se construyen a partir de una división superficial (teselado) específica y, posteriormente, se componen o crecen las micro-estructuras tridimensionales en cada tesela. Esto exige, salvo excepciones triviales en las que hay un alto grado de simetría, el uso de micro-estructuras con superficies complejas que tengan curvaturas principales variables (33) . Dicho de otra forma, con superficies básicas que tienen alguna de sus curvaturas principales constantes, que son las superficies empleadas actualmente, como son las superficies planas, esféricas, cilíndricas o superficies elipsoidales de revolución, por ejemplo, 5 no es posible un control efectivo del teselado por...

1: Sistema óptico para aplicaciones en iluminación que contiene una fuente de luz y un reflector (1) con una superficie interna (2) esencialmente de revolución constituida por una pluralidad de micro-estructuras (3) caracterizada por estar distribuida según una parametrización espiral (41) , raíz (42) , inversa raíz (43) o hiperbólica (44) , que evita alineamientos entre micro-5 estructuras y orientaciones superficiales preferentes.

2: Sistema óptico para aplicaciones en iluminación que contiene una fuente de luz y un reflector (1) con una superficie interna (2) esencialmente de revolución constituida por una pluralidad de micro-estructuras (3) caracterizado porque el teselado (6) , es decir, la división de la superficie interna del reflector, se realiza según una transformación de un mosaico (5) definido en un 10 plano sobre la superficie interna del reflector.

3: Sistema óptico para aplicaciones en iluminación que contiene una fuente de luz y un reflector (1) con una superficie interna (2) esencialmente de revolución constituida por una pluralidad de micro-estructuras (3) caracterizado porque las uniones entre micro-estructuras adyacentes no presentan aristas (7) , es decir, la superficie del reflector está libre de cambios abruptos de 15 orientación en la unión entre micro-estructuras vecinas, sino que tiene uniones suaves (71) .

4: Sistema óptico para aplicaciones en iluminación que contiene una fuente de luz y un reflector (1) con una superficie interna (2) esencialmente de revolución caracterizada por ser combinación de alguna de las reivindicaciones precedentes.

5: Sistema óptico para aplicaciones en iluminación que contiene una fuente de luz y un reflector 20 con una superficie interna (2) esencialmente de revolución constituida por una pluralidad de micro-estructuras (3) caracterizado porque: i) al menos alguna de las superficies de las micro-estructuras expuestas a la luz proveniente de la fuente es esencialmente plana, ii) las micro-estructuras presentan una regulación local de su forma y/u orientación mediante deformaciones, translaciones y/o rotaciones entre micro-estructuras adyacentes para el control 25 lumínico, y iii) el haz luminoso proyectado por el sistema presenta un patrón sin simetría axial respecto del eje del reflector.

6: Sistema óptico para aplicaciones en iluminación que contiene una fuente de luz y un reflector (1) con una superficie interna (2) esencialmente de revolución constituida por una pluralidad de micro-estructuras (3) de acuerdo con la reivindicación quinta, caracterizado porque las micro-30 estructuras son superficies poligonales (31) o escamas (32) .

7: Sistema óptico para aplicaciones en iluminación que contiene una fuente de luz y un reflector (1) con una superficie interna (2) esencialmente de revolución constituida por una pluralidad de micro-estructuras (3) caracterizado porque: i) alguna de las superficies de las micro-estructuras tienen una de sus curvaturas principales variable (33) , ii) las micro-estructuras 35 presentan una regulación local de su forma mediante deformaciones entre micro-estructuras adyacentes para el control lumínico, excluyendo aquellas transformaciones que pueden implementarse con una operación de escalado y corte de la micro-estructura, y iii) el haz luminoso proyectado por el sistema presenta un patrón sin simetría axial respecto del eje del reflector. 40

8: Sistema óptico para aplicaciones en iluminación que contiene una fuente de luz y un reflector (1) con una superficie interna (2) esencialmente de revolución constituida por una pluralidad de micro-estructuras (3) de acuerdo con la reivindicación séptima, caracterizado porque i) las superficies que componen las micro-estructuras son esencialmente propias de conos (34) , o superficies regladas (35) , y ii) la luz proyectada es una distribución luminosa oval o lineal. 45

9: Sistema óptico para aplicaciones en iluminación que contiene una fuente de luz y un reflector (1) con una superficie interna (2) esencialmente de revolución caracterizada por ser combinación de las reivindicaciones primera, segunda y quinta, o bien, combinación de las reivindicaciones primera, segunda y sexta, o combinación de las reivindicaciones cuarta y séptima, o combinación de las reivindicaciones cuarta y octava.

10: Método para la construcción de un reflector (1) con una superficie interna compleja S* que parte de una superficie de revolución lisa S definida por su correspondiente curva generatriz 5 caracterizado porque el conjunto de puntos r de la superficie compleja S* resulta de desplazar cada punto ro de la superficie lisa S respecto a un vector w no coplanario con el plano tangente a la superficie S en dicho punto ro, generalmente el vector normal, una distancia determinada f dada por una función bidimensional f = f (u, v) , es decir, r = ro + f w, o, alternativamente, el conjunto de puntos r de la superficie compleja S* resulta de desplazar cada punto ro una 10 distancia f = f (u, v) a lo largo de la línea de un campo vectorial que interseca la superficie lisa S en dicho punto ro.