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ES1066568U - Optical system of emission of light in luminous beacons and systems of aid to the navigation (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents

Optical system of emission of light in luminous beacons and systems of aid to the navigation (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) Download PDF

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ES1066568U
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light
lens
beacons
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fresnel
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Inventor
Fernando Romero Noreña
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MEDITERRANEO SENALES MARITIMAS
Mediterraneo Senales Maritimas Sll
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MEDITERRANEO SENALES MARITIMAS
Mediterraneo Senales Maritimas Sll
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Abstract

Optical light emission system in beacons and navigation aid systems that includes a light element and a Fresnel-type lens that covers it, the lens being made up of a diopter element with a spherical profile and two catadioptric elements, in the upper and lower part, as well as a spherical profile on its total reflection face, characterized in that said Fresnel lens has cylindrical symmetry with respect to the focal axis of the lens, so that the light element is positioned on the axis of symmetry of the Fresnel lens, and the lens focuses on the light element and collects the light emitted by it and redirects it, forming a beam of light of 120º in the horizontal plane, with an angle of between 3º and 8º in the vertical plane. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

Sistema óptico de emisión de luz en balizas luminosas y sistemas de ayudas a la navegación.Optical beacon light emission system luminous and navigation aid systems.

Objeto de la invenciónObject of the invention

Se describe un sistema óptico constituido por tres lentes con elementos dióptricos y catadióptricos, dispuestas de forma triangular de forma que cada lente está focalizada sobre una fuente luminosa, siendo ésta un diodo emisor de luz (LED, OLED) o un LASER. Esta invención es de aplicación en la industria naval y la navegación marítima.An optical system consisting of three lenses with dioptric and catadioptric elements, arranged triangular shape so that each lens is focused on a light source, this being a light emitting diode (LED, OLED) or a LASER. This invention is applicable in the naval industry and the Maritime navigation.

La geometría especialmente diseñada de cada lente da como resultado un haz de luz cuyo ángulo de emisión en el plano vertical varía entre 3º y 8º dependiendo de las dimensiones de la fuente de luz empleada, y en el plano horizontal de 180º obteniéndose en este plano el 50% de la emisión máxima en 120º, por lo que al disponerse en forma triangular se consigue un haz de luz de 360º.The specially designed geometry of each lens results in a beam of light whose emission angle in the vertical plane varies between 3rd and 8th depending on the dimensions of the light source used, and in the 180º horizontal plane obtaining in this plane 50% of the maximum emission in 120º, by which, when arranged in a triangular shape, achieves a beam of light of 360º.

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

Hasta hace algunos años, en los sistemas luminosos de las ayudas a la navegación (faros y balizas), se han empleado sistemas ópticos de lentes de Fresnel con las fuentes luminosas tradicionales como las lámparas incandescentes y halógenas para producir haces de luz de 360 grados en el horizonte, y entre 1º y 10º de amplitud en el plano vertical.Until a few years ago, in the systems lights of navigation aids (lighthouses and beacons), have employed Fresnel lens optical systems with sources Traditional lights such as incandescent and halogen lamps  to produce 360 degree beams of light on the horizon, and between 1st and 10th amplitude in the vertical plane.

Con la irrupción en el mercado de las nuevas fuentes de luz constituidas por diodos emisores de estado sólido conocidos como LEDS, los sistemas ópticos para este tipo de productos dentro de este mercado han tenido que adaptarse a estas nuevas fuentes de luz.With the emergence in the new market light sources consisting of solid state emitting diodes known as LEDS, the optical systems for this type of products within this market have had to adapt to these New light sources.

Problema técnico a resolverTechnical problem to solve

El principal problema radica en el hecho de que estas fuentes de luz LED no emiten luz en un ángulo sólido \Omega=4\pi (emisión esférica), como ocurre con las lámparas, sino que emiten su flujo luminoso únicamente y como máximo en un ángulo sólido \Omega=2\pi. Debido a esta característica, los sistemas ópticos tradicionales no tienen un rendimiento adecuado, pues no pueden enfocarse varios elementos luminosos en un único punto focal de una lente.The main problem lies in the fact that These LED light sources do not emit light at a solid angle \ Omega = 4 \ pi (spherical emission), as with lamps, but emit their luminous flux only and at most in a solid angle \ Omega = 2 \ pi. Because of this feature, the Traditional optical systems do not have adequate performance, because several luminous elements cannot be focused on a single focal point of a lens.

Los sistemas ópticos que hay en el mercado y que se han desarrollado hasta el momento, están basados en una o varias lentes de forma que cada una de ellas no tiene un punto focal, sino un eje focal, que además no coincide con su eje de simetría habitualmente cilíndrica, y están enfocadas sobre varios diodos LED.The optical systems that are on the market and that They have been developed so far, they are based on one or several lenses so that each of them does not have a focal point, but a focal axis, which also does not match its axis of symmetry usually cylindrical, and are focused on several diodes LED.

La simetría de este tipo de lentes o espejos hace que la focalización del flujo de cada diodo solamente sea correcta en el eje perpendicular a la lente que pasa por el LED, por lo que el flujo de éste que incide sobre la lente en las demás direcciones no se aprovecha correctamente.The symmetry of this type of lens or mirrors makes the focusing of the flow of each diode only correct on the axis perpendicular to the lens that passes through the LED, so the flow of it that affects the lens in others addresses are not used properly.

Este problema implica que el rendimiento energético de una baliza de este tipo no sea el óptimo y, teniendo en cuenta que estos sistemas se alimentan en su mayoría con energía solar, el coste en baterías y paneles solares para llegar a un alcance luminoso determinado es muy alto.This problem implies that the performance energy of a beacon of this type is not optimal and, having keep in mind that these systems are mostly powered by energy solar, the cost in batteries and solar panels to reach a certain light range is very high.

Descripción de la invenciónDescription of the invention

La invención que se describe consiste en un sistema óptico de emisión de luz en balizas y sistemas de ayudas a la navegación que comprende un elemento luminoso y una lente de tipo Fresnel que lo cubre. La lente está constituida por un elemento dióptrico de perfil asférico y dos elementos catadióptricos, en la parte superior e inferior, así como por un perfil asférico en su cara de reflexión total. La lente de Fresnel tiene simetría cilíndrica respecto al eje focal de la lente, de manera que el elemento luminoso está posicionado en el eje de simetría de la lente de Fresnel, y la lente enfoca el elemento luminoso y recoge la luz emitida por él, de manera que la redirecciona, formando un haz de luz de 120º en el plano horizontal, con un ángulo de entre 3º y 8º en el plano vertical.The invention described consists of a optical light emission system in beacons and aid systems to navigation comprising a light element and a lens of Fresnel type that covers it. The lens consists of an element  dioptric aspherical profile and two catadioptric elements, in the upper and lower part, as well as an aspherical profile in its Total reflection face. Fresnel lens has symmetry cylindrical with respect to the focal axis of the lens, so that the luminous element is positioned on the axis of symmetry of the Fresnel lens, and the lens focuses on the light element and picks up the light emitted by him, so that he redirects it, forming a beam of light of 120º in the horizontal plane, with an angle of between 3º and 8º in the vertical plane.

El elemento luminoso puede ser un LED, un OLED o un láser y, en una configuración preferente, el sistema está constituido por tres de dichos dispositivos con su correspondiente lente de Fresnel y fuente de luz, de manera que dichos tres dispositivos están dispuestos en forma de triángulo equilátero. De esta forma, el haz de luz obtenido por el conjunto de los tres dispositivos es de 360º en el plano horizontal, con un ángulo de entre 3º y 8º en el plano
vertical.
The light element can be an LED, an OLED or a laser and, in a preferred configuration, the system is constituted by three of said devices with their corresponding Fresnel lens and light source, so that said three devices are arranged in shape of equilateral triangle. In this way, the light beam obtained by the set of the three devices is 360º in the horizontal plane, with an angle between 3º and 8º in the plane
vertical.

Explicación de los dibujosExplanation of the drawings

La figura 1 representa una vista seccionada de la lente.Figure 1 represents a sectional view of the lens

La figura 2 es una vista lateral de la lente.Figure 2 is a side view of the lens.

La figura 3 es una vista posterior de la lente.Figure 3 is a rear view of the lens.

La figura 4 representa diversas vistas frontales desde distintos ángulos.Figure 4 represents various front views from different angles.

La figura 5 es una vista en perspectiva del sistema de tres lentes.Figure 5 is a perspective view of the three lens system.

La figura 6 es una vista en planta del conjunto representado en la figura 5.Figure 6 is a plan view of the assembly represented in figure 5.

Descripción de un modo preferente de realización de la invenciónDescription of a preferred embodiment of the invention

El sistema que esta invención describe comprende una lente de tipo Fresnel con simetría cilíndrica diseñada para enfocar un único elemento luminoso de tipo LED, OLED o LASER de forma que sí se aprovecha al máximo la emisión del flujo luminoso en un ángulo sólido \Omega=2\pi.The system that this invention describes comprises a Fresnel lens with cylindrical symmetry designed to focus on a single LED, OLED or LASER light element of so that the emission of the luminous flux is maximized at a solid angle \ Omega = 2 \ pi.

La lente recoge la luz emitida por el elemento luminoso y la redirecciona formando un haz de luz de 120º en el plano horizontal y, dependiendo de las dimensiones de la fuente de luz (diodo o láser), de entre 3º y 8º en el plano vertical. Los ángulos de emisión en los diferentes planos se entienden al 50% de la intensidad máxima.The lens collects the light emitted by the element luminous and redirects it forming a beam of light of 120º in the horizontal plane and, depending on the dimensions of the source of light (diode or laser), between 3º and 8º in the vertical plane. The emission angles in the different planes are understood at 50% of the maximum intensity

Con estas características, la configuración del sistema completo sería la disposición de tres lentes de este tipo, cada una de ellas con su correspondiente fuente de luz, dispuestas de forma triangular equilátera con lo que el haz de luz obtenido es de 360º en el plano horizontal y entre 3º y 8º en el plano vertical en función de las dimensiones del diodo empleado. El sistema tiene un rendimiento energético que supera en un 100% al mejor equipo que hay actualmente en el mercado, y en un 250% a la mayoría de los demás equipos.With these features, the configuration of the complete system would be the provision of three lenses of this type, each one with its corresponding light source, arranged in an equilateral triangular shape with what the beam of light obtained is 360º in the horizontal plane and between 3º and 8º in the vertical plane depending on the dimensions of the diode used. The system has an energy efficiency that exceeds 100% the best equipment that There are currently in the market, and at 250% to most of the Other equipment

La figura 1 permite comprender una forma preferente de realización de la invención. La lente está constituida por un elemento dióptrico de perfil asférico y dos elementos catadióptricos, en la parte superior e inferior, también con perfil asférico en su cara de reflexión total. El funcionamiento de la lente puede comprenderse fácilmente a la vista de la figura 1, que representa una sección que pasa por su eje focal. En un punto focal (1) se encuentra un elemento emisor de luz, preferentemente (según se ha indicado), un LED, un OLED o un LASER. Los haces de luz (2) salen del punto focal (1) y atraviesan la lente por diferentes trayectorias; el elemento (3) representa la lente en una sección que pasa por su eje de simetría.Figure 1 allows us to understand a form preferred embodiment of the invention. The lens is constituted by a dioptric element of aspherical profile and two catadioptric elements, at the top and bottom, also with aspherical profile in its face of total reflection. He lens operation can be easily understood in sight of figure 1, which represents a section that passes through its axis focal. At a focal point (1) is an emitting element of light, preferably (as indicated), an LED, an OLED or a TO BE. The light beams (2) leave the focal point (1) and pass through the lens for different paths; the element (3) represents the lens in a section that passes through its axis of symmetry.

La lente incorpora un sistema de fijación para poder acoplar el elemento luminoso (diodo o láser) con la mayor precisión posible. También incorpora un sistema de fijación para poderse anclar a un soporte externo.The lens incorporates a fixing system for be able to couple the light element (diode or laser) with the highest possible accuracy. It also incorporates a fixing system for can be anchored to an external support.

Las figuras 2, 3 y 4 representan diferentes vistas de la lente, según posiciones laterales, posteriores y frontales desde diversos ángulos respectivamente.Figures 2, 3 and 4 represent different lens views, according to lateral, posterior and front from different angles respectively.

Una configuración especial se da cuando se presenta un conjunto de tres lentes, tal y como se representan en las figuras 5 y 6. El sistema está formado por un soporte en forma de triángulo equilátero al que se atornillan las lentes que ya llevan incorporado el elemento luminoso (LED, OLED o LASER). De este modo, el conjunto se compacta formando un único elemento luminoso cuyas características son las mismas que las detalladas anteriormente.A special configuration is given when it presents a set of three lenses, as represented in Figures 5 and 6. The system is formed by a shaped support of an equilateral triangle to which the lenses that are already screwed The luminous element (LED, OLED or LASER) is incorporated. Of this mode, the set is compacted forming a single luminous element whose characteristics are the same as detailed previously.

En el mercado mundial de los sistemas de ayudas a la navegación, las balizas de tipo LED con alimentación solar que son las que tienen mayores restricciones energéticas, dado que su alcance máximo se sitúa alrededor de 5 millas náuticas en el caso de los equipos mas modernos. Los alcances normalizados para este tipo de señalización de corto alcance suelen ser habitualmente de 3, 5 y 7 millas. Por tanto, no existen en el mercado balizas de este tipo. Con el sistema descrito en la presente invención, utilizando los paneles solares más sencillos que se utilizan en las balizas que ahora tienen un alcance de entre 2 y 3 millas, puede llegarse sobradamente a las 5 millas y con los de una baliza que ahora no llega a 5 millas, se puede obtener un alcance de 7 millas. Esto puede dar una idea de la eficacia del sistema.In the world market for aid systems to navigation, the solar-powered LED beacons that they are the ones with the greatest energy restrictions, since their maximum range is around 5 nautical miles in the case of the most modern equipment. The normalized scopes for this Short-range signaling type is usually 3, 5 and 7 miles. Therefore, there are no beacons in the market kind. With the system described in the present invention, using the simplest solar panels used in the beacons that  now they have a range of 2 to 3 miles, can be reached amply at 5 miles and with those of a beacon that now doesn't reaches 5 miles, you can get a range of 7 miles. This Can give an idea of the effectiveness of the system.

Claims (3)

1. Sistema óptico de emisión de luz en balizas y sistemas de ayudas a la navegación que comprende un elemento luminoso y una lente de tipo Fresnel que lo cubre, estando la lente constituida por un elemento dióptrico de perfil asférico y dos elementos catadióptricos, en la parte superior e inferior, así como por un perfil asférico en su cara de reflexión total, caracterizado porque dicha lente de Fresnel tiene simetría cilíndrica respecto al eje focal de la lente, de manera que el elemento luminoso está posicionado en el eje de simetría de la lente de Fresnel, y la lente enfoca el elemento luminoso y recoge la luz emitida por él y la redirecciona, formando un haz de luz de 120º en el plano horizontal, con un ángulo de entre 3º y 8º en el plano vertical.1. Optical light emission system in beacons and navigation aids systems comprising a luminous element and a Fresnel lens that covers it, the lens being constituted by a dioptric element with an aspherical profile and two catadioptric elements, in the upper and lower part, as well as an aspherical profile in its total reflection face, characterized in that said Fresnel lens has cylindrical symmetry with respect to the focal axis of the lens, so that the light element is positioned in the axis of symmetry of the lens. Fresnel lens, and the lens focuses the light element and collects the light emitted by it and redirects it, forming a beam of light of 120º in the horizontal plane, with an angle of between 3º and 8º in the vertical plane. 2. Sistema óptico de emisión de luz en balizas y sistemas de ayudas a la navegación según la reivindicación 1 caracterizado porque el elemento luminoso es un dispositivo LED, un dispositivo OLED o un láser.2. Optical light emission system in beacons and navigation aids systems according to claim 1 characterized in that the light element is an LED device, an OLED device or a laser. 3. Sistema óptico de emisión de luz en balizas y sistemas de ayudas a la navegación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque está constituido por tres de los dispositivos descritos en dichas reivindicaciones con sus correspondientes lentes de Fresnel y fuentes de luz, de manera que los tres dispositivos están dispuestos en forma de triángulo equilátero, y el haz de luz obtenido por el conjunto de los tres dispositivos es de 360º en el plano horizontal, con un ángulo de entre 3º y 8º en el plano vertical.3. Optical light emission system in beacons and navigation aids systems according to any of the preceding claims characterized in that it is constituted by three of the devices described in said claims with their corresponding Fresnel lenses and light sources, so that The three devices are arranged in the form of an equilateral triangle, and the beam of light obtained by the set of the three devices is 360º in the horizontal plane, with an angle between 3º and 8º in the vertical plane.
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