Dispositivo opto-electrónico, sistema y procedimiento para obtener un espectro de luz ambiente y modificar una luz emitida.

Un dispositivo opto-electrónico (100) que comprende una pluralidad de emisores de luz

(103) dispuestos para ser capaces de iluminar un área de un entorno, un detector dispuesto para obtener una característica espectral de la luz ambiental dentro del área del entorno, medios de control (104) para modificar la emisión de los emisores de luz, en base a la característica espectral obtenida;

caracterizado porque el detector es un espectrómetro miniaturizado basado en CMOS (102) que tiene una rejilla (grating) para dispersión de luz fabricada usando tecnología CMOS, y la característica espectral es el espectro de luz de la luz ambiental.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/050002.

Solicitante: Fundació Institut de Recerca de l'Energía de Catalunya.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: CARRERAS MOLINS,JOSEP MARIA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR > CALEFACCION ELECTRICA; ALUMBRADO ELECTRICO NO PREVISTO... > Circuitos para fuentes eléctricas de luz en general > H05B37/02 (Control)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR > CALEFACCION ELECTRICA; ALUMBRADO ELECTRICO NO PREVISTO... > Fuentes de luz electroluminiscente > H05B33/08 (Circuitos no adaptados a aplicaciones particulares)

PDF original: ES-2514323_T3.pdf

 

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Dispositivo opto-electrónico, sistema y procedimiento para obtener un espectro de luz ambiente y modificar una luz emitida.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo opto-electrónico, sistema y procedimiento para obtener un espectro de luz ambiente y modificar una luz emitida

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo opto-electrónico para obtener un espectro de luz ambiente y controlar una luz emitida, y un sistema para modificar una luz emitida.

La invención también se refiere a un procedimiento para modificar una luz emitida, un producto de programa informático que comprende instrucciones para llevar a cabo dicho procedimiento, un dispositivo reflectante para determinar la calibración de un dispositivo opto-electrónico, y un procedimiento para determinar la calibración de un dispositivo opto-electrónico.

Antecedentes de la Técnica

Hoy en día, dentro del campo de los sistemas de iluminación, existe una amplia gama de diferentes dispositivos de iluminación capaces de reproducir arbitrariamente espectros de luz, los espectros obtenidos previamente por medio de un dispositivo analizador de espectro de luz independiente (tal como un equipo de tipo científico (sáentific-grade equipment)) u otros dispositivos diseñados específicamente por expertos con conocimientos suficientes de física e ingeniería de los espectros de luz.

Existen también aparatos de iluminación que incluyen sensores de luz y fuentes de luz, estando los sensores de luz destinados a obtener propiedades (por ejemplo, coordenadas de color o niveles de luz) de la luz emitida por las fuentes de luz para ajustar o calibrar dicha luz emitida con el objetivo de hacerla coincidir finalmente con un valor de referencia dado.

También se conocen otros tipos de dispositivos de iluminación que integran sensores de luz y fuentes de luz, usándose dichos sensores de luz para la detección de presencia (de personas, por ejemplo) y la adaptación de la intensidad de la luz emitida por las fuentes de luz de acuerdo con el resultado de dicha detección. Por ejemplo, en algunos dispositivos, se reduce la intensidad de la luz en caso de que no se detecte presencia alguna con el objetivo de ahorrar energía eléctrica.

Por ejemplo, la solicitud de patente de EEUU US 21/7491 A1 describe un dispositivo integrado de reconocimiento de imágenes y detección espectral particularmente adecuado para monitorizar los ajustes (settings) de una luz. La solicitud también describe cómo controlar automáticamente los ajustes de una luz a través del reconocimiento de imágenes y la detección espectral de la luz producida por el mismo dispositivo de iluminación, en particular cómo controlar automáticamente los cambios en las propiedades de color de la luz en respuesta al reconocimiento de imágenes. Para ello, el dispositivo comprende un conjunto de sensores de imagen para el reconocimiento de imágenes y movimiento, y una estructura de filtrado de luz, que puede ser por ejemplo una estructura de resonador Fabry-Perot o una matriz de vidrio filtrado cortado (cut filtered glass), para la detección de componentes espectrales de la luz recibida.

Sin embargo, los dispositivos de iluminación mencionados anteriormente presentan algunos inconvenientes relacionados con el hecho de que modifican la emisión de su salida de luz mediante el uso de ya sea un parámetro espectral pre-almacenado o una medida de una propiedad de la luz que es imprecisa para ciertas aplicaciones, debido al hecho que utilizan filtros u otras estructuras, que no son lo suficientemente precisos para obtener propiedades espectrales detalladas de la luz. En otras palabras, dichos dispositivos de iluminación no son adecuados para ser usados en entornos de iluminación interactivos en los que se producen cambios espectrales como consecuencia de múltiples reflexiones causadas por, por ejemplo, objetos en movimiento que se encuentran en el entorno en el cual está ubicado el dispositivo o cambios en las condiciones de la luz natural del entorno, y además, éstos no son capaces de reaccionar a dichos cambios de espectro en consecuencia en tiempo real.

WO 28/12715 A2 divulga un dispositivo integrado de reconocimiento de imágenes y detección espectral que permite un control automático sofisticado de los ajustes de una luz.

Resumen de la invención

Por lo tanto, con el objetivo de superar las limitaciones de los dispositivos que se encuentran en el estado de la técnica de manera que sean capaces de encontrar nuevas aplicaciones, se proporciona un dispositivo y procedimiento para medir espectros ambiente y modificar un espectro de luz de una luz emitida que, dependiendo de un espectro de luz obtenido a partir de una luz ambiental por medio de un espectrómetro miniaturizado, es capaz de detectar en tiempo real cambios en el espectro de la luz ambiental dentro de un área, de una manera óptima.

Más específicamente, de acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona un dispositivo opto-

electrónico según la reivindicación 1.

Con dicho dispositivo opto-electrónico, se consigue un control óptimo de la luz reflejada en un entorno, que es capaz de detectar cualesquiera cambios en la iluminación ambiental a través de sus características espectrales, y cambiar las propiedades de la luz de una luz emitida de forma deseada.

Además, el área del entorno que es iluminada por la pluralidad de emisores de luz cuando están encendidos, y que refleja la luz hacia el espectrómetro, puede estar iluminada por otras fuentes de luz, y por lo tanto, los cambios en la luz ambiental también pueden tener en cuenta otras luces (que son artificiales, naturales, o reflejos de objetos o personas cercanos) que son adyacentes o están situados cerca del dispositivo opto-electrónico.

La tecnología de semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS - Complementary metal-oxide- semiconductor) es una tecnología para construir circuitos integrados. La tecnología CMOS se utiliza en micro- procesadores, micro-controladores, RAM estática, y otros circuitos lógicos digitales. La tecnología CMOS también se utiliza para diversos circuitos analógicos, tales como sensores de imagen, convertidores de datos, y transceptores altamente integrados para muchos tipos de comunicaciones. Por lo tanto, por espectrómetro basado en CMOS, debe entenderse un espectrómetro que ha sido fabricado usando procesos tecnológicos que se utilizan comúnmente en una instalación CMOS. En este sentido, cabe destacar que el elemento de dispersión óptico (rejilla (grating)) y el sensor de imagen o luz que están comprendidos en el espectrómetro se pueden fabricar usando una variedad de técnicas que existen dentro de la tecnología CMOS.

Por ejemplo, el elemento de dispersión podría estar hecho por medio de litografía óptica, pero también por medio de otros procesos más avanzados, tales como nano-impresión.

El procedimiento de nano-impresión utiliza un material de estampado (stamp materiaí), típicamente silicio o cuarzo, con un patrón producido mediante litografía de haz de electrones (e-beam). El estampado es presionado físicamente contra un sustrato revestido con una resina de baja viscosidad curable por UV, transfiriendo de este modo el patrón de circuito deseado al sustrato en un proceso de etapa única. El sustrato es endurecido por la radiación (shining) de la luz UV a través del mismo. En este punto, se retira el estampado, dejando una impresión (imprint) tridimensional del circuito en su lugar sobre el sustrato. Esta capacidad de aplicar un patrón 3D a un sustrato en un proceso único es ideal para la integración de rejillas ópticas (optical gratings) en la tecnología CMOS. En cuanto al sensor de matriz de luz (light array sensor) (o de imagen), los ejemplos más utilizados en la tecnología CMOS son los sensores CMOS y los sensores CCD (matriz poco espaciada de condensadores MOS dotados... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo opto-electrónico (1) que comprende una pluralidad de emisores de luz (13) dispuestos para ser capaces de iluminar un área de un entorno, un detector dispuesto para obtener una característica espectral de la luz ambiental dentro del área del entorno, medios de control (14) para modificar la emisión de los emisores de luz, en base a la característica espectral obtenida;

caracterizado porque el detector es un espectrómetro miniaturizado basado en CMOS (12) que tiene una rejilla (grating) para dispersión de luz fabricada usando tecnología CMOS, y la característica espectral es el espectro de luz de la luz ambiental.

2. El dispositivo opto-electrónico (1) según la reivindicación 1, en el que el espectrómetro (12) comprende una entrada de luz para obtener el espectro de luz de la luz ambiental, y en el que el dispositivo opto-electrónico comprende además al menos un elemento óptico (11) acoplado a la entrada de luz, para aumentar el flujo de luz entrante a través de la entrada de luz.

3. El dispositivo opto-electrónico (1) según la reivindicación 2, en el que el elemento óptico (11) comprende un conjunto de lente óptica.

4. El dispositivo opto-electrónico (1) según la reivindicación 2 ó 3, que comprende además un elemento de guía de ondas (15) que tiene un primer extremo y un segundo extremo, el primer extremo acoplado al elemento óptico

(11).

5. El dispositivo opto-electrónico (1) según la reivindicación 4, en el que el elemento de guía de ondas (15) es una guía de ondas de fibra óptica.

6. El dispositivo opto-electrónico (1) según cualquiera de las reivindicaciones 4 ó 5, que comprende además un segundo elemento óptico (11a) acoplado al segundo extremo del elemento de guía de ondas (15).

7. El dispositivo opto-electrónico (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el primer (11) o segundo (11a) elemento óptico es móvil, comprendiendo el dispositivo además medios para mover dicho primer (11) o segundo (11a) elemento óptico.

8. Sistema para modificar la luz ambiental de un área, que comprende al menos dos dispositivos opto-electrónicos (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, y medios para transmitir información entre ellos.

9. Sistema para modificar la luz ambiental de un área según la reivindicación 8, en el que:

- al menos un primer dispositivo opto-electrónico (1a) comprende además medios para obtener y medios para transmitir un parámetro de espectro de luz correspondiente a un espectro de luz obtenido, a otro dispositivo opto-

electrónico (1b); y

- al menos un segundo dispositivo opto-electrónico (1b) comprende medios para recibir un parámetro de espectro de luz correspondiente aun espectro de luz obtenido, y medios para modificar la emisión (31 b) de su emisor de luz (13b) en base al parámetro recibido.

1. Sistema para modificar una luz ambiental de un área según la reivindicación 9, que comprende además un servidor informático que comprende medios para recibir al menos un parámetro de espectro de luz, procedente de un dispositivo opto-electrónico (1a); medios para determinar al menos un otro dispositivo opto-electrónico (1b) para enviar un otro parámetro basado en el parámetro de espectro de luz recibido, y medios para transmitir el otro parámetro al dispositivo opto-electrónico determinado (1b).

11. Sistema para modificar una luz ambiental de un área según la reivindicación 9 ó 1, en el que el al menos un primer dispositivo opto-electrónico (1a) comprende además medios para determinar al menos un otro dispositivo opto-electrónico (1b) para enviar el parámetro de espectro de luz recibido.

12. Sistema para modificar una luz ambiental de un área según las reivindicaciones 1 ó 11, que comprende además medios para obtener un parámetro de similitud entre el espectro de luz obtenido y un patrón de espectro predeterminado, y en el que la determinación de al menos un otro dispositivo de reproducción de luz (1b) para enviar el parámetro de espectro de luz recibido se realiza teniendo en cuenta el parámetro de similitud obtenido.

13. Sistema para modificar una luz ambiental de un área según las reivindicaciones 8 a 12, en el que al menos uno de los dispositivos opto-electrónicos (1a-d) del sistema comprende además medios para obtener un parámetro de similitud entre el espectro de luz obtenido y un patrón de espectro predeterminado, y en el que sus medios para modificar la emisión de los emisores de luz (13a-d) modifican la emisión (31 a-d) en base al parámetro de similitud obtenido.

14. Sistema para modificar una luz ambiental de un área según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que se establece una red neuronal utilizando cada dispositivo opto-electrónico (1a-d) como un nodo de la red

neuronal.

15. Procedimiento para modificar una luz ambiental de un área usando un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 14 que comprende un primer (1a) y un segundo dispositivo opto-electrónico (1b), 5 comprendiendo el procedimiento:

- obtener un espectro de luz de la luz ambiental por medio del espectrómetro miniaturizado (12a) del primer dispositivo opto-electrónico (1a);

- obtener un parámetro correspondiente al espectro de luz obtenido por medio del primer dispositivo opto-electrónico (1a);

- enviar el parámetro obtenido desde el primer dispositivo opto-electrónico (1a) al segundo dispositivo opto-

electrónico (1b).