El sistema para la extracción de luz en fibras ópticas monofilares se refiere a la realización,

en tantas posiciones como se requiera y con el tamaño y forma necesarios en función de la cantidad de luz que se pretende extraer y de la direccionalidad de la misma, de elementos de extracción con una geometría óptica definida, que pueden ser o tallados en el interior de la fibra o adosados al exterior de la misma. Estos elementos de extracción se disponen a lo largo de toda la fibra de tal manera que la luz, que en condiciones normales es conducida por la fibra óptica, sale al exterior de la misma, por la propia superficie de la fibra o por una ventana específica creada a tal efecto, con la dirección e intensidad que se desee

Sistema para la extracción de luz en fibras ópticas monofilares.

Antecedentes de la invención

El empleo de fibra óptica como sistema de conducción luminosa es conocido desde hace mucho tiempo. Ya a medidos del siglo XIX se demostró que la luz podía ser guiada en un medio transparente. A finales de este siglo, Tyndall demostró que un haz de rayos solares podía guiarse a través de un chorro de agua. En los años 20 del pasado siglo se demostró incluso que se podía hacer sistemas que transmitieran imágenes. En los últimos 20 años ha habido un gran desarrollo de las fibras ópticas debido esencialmente a su capacidad en el ámbito de las telecomunicaciones. Hoy en día el desarrollo de la fibra para iluminación está alcanzando también elevadas cotas de desarrollo. Podemos encontrar numerosas empresas y productos que se aplican a la iluminación por fibra óptica.

La fibra óptica presenta grandes ventajas en comparación con otros sistemas convencionales de iluminación, por ejemplo, para la iluminación selectiva de superficies relativamente grandes tales como paneles publicitarios, escaparates, iluminación en lugares de difícil acceso, etc. Por otro lado, los reducidos costes de mantenimiento de la fibra y sus componentes, así como la reducción de focos de generación luminosa, pueden suponer un considerable ahorro económico y energético.

La iluminación mediante fibra óptica adquiere una especial ventaja frente a los sistemas convencionales de iluminación cuando se considera la extracción de luz a lo largo de la fibra óptica. La distribución, extracción y emisión de la luz a través de la fibra óptica que se emplea para iluminación pueden realizarse mediante la alteración de la transmisión de la onda que se conduce por la fibra. Por ejemplo la patente US4733332 y la solicitud de patente WO9820279A1 introducen el empleo de partículas difusoras y film respectivamente que permiten extraer la luz de la fibra.

Sin embargo, serían deseables sistemas alternativos, más económicos y eficaces, que permitan extraer la luz a lo largo de la fibra de manera uniforme y controlada, y que a su vez permitan conservar una elevada eficacia de transmisión de la luz remanente a lo largo de la fibra. La patente US6783269, titulada "Side-emitting rod for use with an led-based light engine", introduce el empleo de pintura fijado en el exterior de la fibra como material para la extracción de la luz. La patente US6966685 introduce una fibra en la cual el diámetro va reduciéndose de forma progresiva. En la superficie exterior se producen una serie de ranuras con perfil de V que reflejan la luz para que ésta pierda la condición de guiado y escape por cualquier punto de la fibra óptica, dando un patrón de iluminación uniforme y no dirigido. En esta patente, la intensidad de la luz extraída se modula mediante la disminución del diámetro de la fibra.

Los inconvenientes que presentan estos métodos de extracción de luz son debidos en primer lugar a una baja eficiencia. Por ejemplo, en el caso de situar puntos difusores la luz sale al exterior pero también una parte muy importante se difunde en el interior de la fibra con lo que se incrementan las pérdidas y se reduce la eficiencia del sistema. En segundo lugar, la luz que se extrae es una luz difusa y sin direccionabilidad, y por tanto difícil de emplear a la hora de iluminar una zona determinada, o bien con una baja eficiencia ya que gran parte de la luz se pierde en zonas que no eran de interés. En tercer lugar, al incrementar, de forma descontrolada, el ángulo sólido del haz de salida se incrementa el posible deslumbramiento que esta salida de luz produce en el observador. Este efecto es especialmente notable cuando se trata de sistemas aplicados a espacios con bajos niveles de luminancia donde la visión de una fuente luminosa puede hacer disminuir el contraste percibido en la visión de un objeto.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de extracción de luz para fibra óptica monofilar (1). El sistema incorpora un elemento de extracción (2) que desvía la luz en el interior de la fibra (5), y un elemento o ventana de salida o escape (3) que permite el paso de la luz al exterior (4) de la fibra. El elemento de extracción (2) puede trabajar por reflexión o por refracción. La geometría óptica del elemento de extracción (2) y la del elemento de salida (3) permiten regular la forma, dirección e intensidad del haz de luz de salida. La distribución de los elementos de extracción (2) y de salida (3) realizados a lo largo de la fibra (1) permite obtener la iluminación deseada en los puntos de iluminación deseados.

La geometría óptica del elemento de extracción (2) es función del ángulo con el que viene propagándose la luz (5) por la fibra óptica monofilar (1) y de la dirección de salida de la luz (4) que queramos obtener en cada caso. Dicha geometría óptica puede ser una parte de una esfera, un cilindro plano, un cono, la combinación de todos ellos o cualquier otra superficie. El elemento de salida (3) puede ser la propia superficie exterior de la fibra (6), el elemento extractor (2) cuando éste trabaja por refracción, o una superficie definida en el interior o el exterior de la fibra que, a su vez, puede incorporar geometrías que contribuyan a dirigir la luz en la forma deseada. La geometría tanto del elemento extractor (2) como del elemento de salida (3) puede dar lugar a una superficie en bajorrelieve, es decir excavada en la fibra, como aparece en las figuras 1, 2, 3, 4, 5 y 6, o en relieve, ocupando un volumen exterior a la fibra, como aparece en las figuras 7 y 8.

La extracción de la luz puede realizarse mediante sistemas directos o indirectos. Los sistemas directos son aquellos en los que el elemento de extracción (2) hace a su vez de elemento de salida (3), y por tanto, incorporan ambos elementos en la misma geometría, tal y como aparece en las figuras 1, 2, 5, 7 y 8. Los sistemas indirectos son los que en primer lugar desvían la luz mediante la geometría óptica del elemento de extracción (2) y, posteriormente, la dirigen a la ventana de salida (3), tal y como aparece en las figuras 3, 4 y 6. El elemento de salida (3) puede estar en la misma cara en que se dispone el elemento de extracción (2) que desvía la luz, por ejemplo, en la forma en la que se muestra en las figuras 4 y 6a, o en una cara distinta de la fibra, por ejemplo, en la forma en la que se muestra en las figuras 3 y 6b. En los sistemas indirectos, lo más habitual será que el elemento de extracción (2) que desvía la luz se sitúe enfrentado al elemento de salida (3) por el que se va a extraer la luz, tal y como se muestra a modo de ejemplo en las figuras 3 y 6b. Una misma fibra (1) puede contener elementos de salida (3) tanto en la misma cara que los elementos de extracción (2) como en otra cara distinta. Así mismo, un mismo sistema puede tener elementos bajorrelieve y en relieve.

La geometría óptica del elemento de extracción (2) y la del elemento de salida (3) permiten cambiar el ángulo de incidencia de la luz, de forma que dicho ángulo sea superior al ángulo límite definido por la fibra para el guiado de la luz. Una de las formas más interesantes de generar este sistema de extracción de luz para fibra óptica monofilar (1) es mediante incisiones inclinadas en la fibra. Cada incisión delimita un plano inclinado respecto del sentido de propagación de la luz en la fibra que hace de separación entre dos medios, que pueden ser, por ejemplo, el material de la fibra y el aire. De esta forma, cuando la luz se propaga en la fibra (5) e incide en dicho plano, se refleja debido a que el ángulo de incidencia es superior al ángulo límite y por tanto se desvía hacia el exterior de la fibra e incide en ésta en un ángulo tal que sale al exterior (4). Según el diseño y tipología puede haber sistemas de extracción en los que el elemento de extracción (2) actúa a la vez como ventana de salida (3) y viceversa.

El sistema de extracción puede ser desarrollado para fibras ópticas monofilares (1) con iluminación exclusivamente desde un extremo, o bien sistemas en los que la fibra tiene una fuente de luz en cada extremo de la misma y, por tanto, las geometrías ópticas reciben la luz desde ambos lados a la vez.

En el sistema de extracción de luz para fibra óptica monofilar (1) se puede incluir un tratamiento antirreflejante para incrementar el porcentaje de luz que pasa a través de los elementos de extracción. Así mismo, se puede incluir un tratamiento especular que incremente la luz reflejada cuando sea de interés dicho efecto. También es posible... [Seguir leyendo]

1. Sistema para la extracción de luz en fibras ópticas monofilares (1) que comprende al menos: