Dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico.

Comprende un conjunto de cámaras CCD B/N en hilera,

unas cámaras B/N de control y registro de distancia, una cámara color de visualización, una unidad fotométrica de referencia, un sensor espectral y un sistema de barrido estratégicamente situados e interconectados con los que se pueden realizar una medición dinámica de la cantidad y distribución de luz policromática.

Presenta un diseño compacto que permite la medida de la cantidad y distribución de luz sobre superficies de grandes dimensiones (gran campo), alejadas y en un entorno variable.

actuales miden pequeñas zonas por consiguiente son Dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico y su procedimiento para la medición dinámica de la cantidad y distribución de luz policromática.

La presente invención se refiere a un dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico y al procedimiento aplicado en él para la medición dinámica de la cantidad y distribución de luz policromática sobre superficies extensas, alejadas y en un entorno variable.

La invención pertenece al sector técnico de la radiometría y fotometría con la novedad de ser un procedimiento de medición indirecto y cuya aplicación es dinámica, adaptada al entorno y alejada de la superficie extensa a medir. Es decir, aquélla en la que la medida se hace desplazando el dispositivo de forma adaptada a la superficie analizada e independiente de su ubicación, forma o distancia.

Existen innumerables aplicaciones para las cuales es necesario conocer la cantidad y distribución de luz sobre una superficie y determinar así la iluminación que ésta presenta en cualquier punto de la misma. Este análisis puede formar parte, por ejemplo, de un procedimiento de inspección o control de calidad de un sistema de iluminación con innumerables aplicaciones en diversos campos, tales como el agropecuario, arquitectura, ingeniería civil, circulación vial o seguridad pública entre otros.

El hecho de obtener la distribución de luz sobre una superficie abre la posibilidad de optimizar las luminarias empleadas al detectar posibles carencias o excesos lumínicos que pueden provocar efectos indeseables, debidas por ejemplo: al diseño de la luminaria, espaciado entre ellas, tipo de lámparas empleadas, etc.

Los nuevos sistemas de iluminación que se están implementando cada vez más, así como la nueva concepción de ahorro energético y respetuosidad con el medio ambiente, están produciendo un aumento sistemático de las demandas del mercado referentes a procedimientos para la medida de cantidad y distribución de luz que llega sobre las superficies así como el desarrollo de dispositivos capaces de trabajar en un amplio rango de condiciones.

En este sentido, existen actualmente varios dispositivos radiométricos o fotométricos basados en varias tecnologías (principalmente fotoeléctrica y CCD) que se captan la energía que les llega pero todos ellos adolecen de que no están preparados para medir la cantidad y distribución de luz sobre superficies de grandes dimensiones (gran campo) , situadas a cualquier distancia e incluso de formas variables.

Las técnicas y dispositivos actuales se basan cada vez más en dispositivos formados por cámaras CCD capaces de transformar los fotones en electrones y medir la cantidad de luz que llega a una superficie. Estos dispositivos, hasta la fecha, la última referencia fiable es un proyecto europeo denominado "NICOLAU" en el que se puede hacer medida indirecta de un faro de automoción con la grave restricción de poder medir ángulos de incidencia mayores de 40 grados ["NICOLAU: Characterization of automotive headlamps using near-field photometr y techniques", S. Royo, M. J. Arranz, J. Arasa, SPIE Proceeding Vol 5663, pp.76-85, 2005] no han podido combinar de forma eficiente la medida de un campo extenso con un tiempo de procesado y precisión de la medida para que, tanto los métodos como los extremadamente lentos cuando se utilizan para medir superficies extensas y los inhabilitan para cualquier inspección o control de grandes superficies y aún más si están a distinta distancia del dispositivo de medida.

La presente invención, aunque utiliza un dispositivo CCD, no solo mide la cantidad de luz sino también su distribución a partir de un procedimiento indirecto y totalmente distinto basado en la determinación de las pendientes de estrechos haces luz focalizados sobre el plano de la CCD. El procedimiento de esta invención determina las pendientes de haces estrechos de luz enfocando a infinito el objetivo de una cámara CCD, así la energía captada por cada píxel, considerando su reducido tamaño, solo proviene de una sola orientación (Fig. 1) . Bajo esta condición el ángulo de incidencia del haz (θ) se halla a partir de la posición del píxel (x, y) y su distancia al objetivo que es igual a la distancia focal del mismo (f') , ambas conocidas. Cada píxel del CCD proporciona la cantidad de energía recibida y la pendiente del haz incidente. El mapa de distribuciones de luz sobre el CCD puede ser extrapolado, gracias al conocimiento de las pendientes de los haces, a cualquier otro plano situado a otra distancia conocida o bien sobre superficies no planas con solo hallar las intersecciones de los haces con el nuevo plano.

Este sistema de medida de las pendientes ha sido aplicado con éxito en la solicitud de patente nº P200801034 con titulo "Dispositivo óptico y procedimiento para la reconstrucción y la compensación del frente de ondas proveniente de un elemento óptico complejo", así como en ["NICOLAU: Characterization of automotive headlamps using near-field photometr y techniques", S. Royo, M. J. Arranz, J. Arasa, SPIE Proceeding Vol 5663, pp.76-85, 2005].

Además, el procedimiento de esta invención es dinámico con el fin de abarcar superficies extensas. El campo abarcado por un CCD está directamente relacionado con el tamaño del mosaico de píxeles y en consecuencia limita la zona de la superficie analizada. El procedimiento de la invención es dinámico, es decir barre de forma continua la superficie analizada mediante una hilera de cámaras CCDs (Fig. 2) . La disposición en hilera de los CCDs, junto con una separación adecuada de los mismos, amplia la anchura de la zona medida, gracias a la información aportada por cada CCD. El barrido hace que esta detección en línea se efectúe progresivamente a las zonas colindantes a medida que avanza el dispositivo sobre la superficie. Usualmente un radiómetro, dispuesto sobre la superficie que se desea medir, sólo es capaz de medir del orden de un centímetro cuadrado, el sistema propuesto puede medir del orden de los 50 cm lineales por el largo que se desee desplazar el dispositivo.

La presente invención también presenta un dispositivo basado en el procedimiento antes descrito cuyo diseño lleva incorporados una serie de sensores, descritos a continuación, que trabajan conjuntamente para suministrar los valores de todos los parámetros necesarios para calcular la cantidad y distribución de luz con exactitud y fiabilidad sobre cualquier superficie extensa, alejada y en un entorno variable, por ejemplo que presente inclinaciones o deformaciones (Fig. 3) .

El dispositivo de la invención consta de los siguientes elementos: conjunto de cámaras CCD B/N en hilera (A) , una cámara CCD B/N para el control de posición y velocidad de barrido de todo el dispositivo (B) , una cámara color para visualización del entorno (C) , una cámara B/N para el registro en continuo de la distancia entre la hilera de CCDs y la superficie analizada (D) , una unidad fotométrica de referencia (E) y un sensor espectral (F) para el registro del espectro de la luz recibida por la hilera de CCDs B/N.

El conjunto de cámaras CCD B/N en hilera (A) , empleado para la detección de las pendientes de los haces y de la energía recibida en cada píxel, está formado por cámaras CCDs en blanco y negro con sus respectivos objetivos ópticos de igual distancia focal (f') y número de diafragma (N) , orientados directamente hacia donde procede la luz evitando los problemas de sombras producidas por elementos del sistema.

La cámara CCD B/N (B) sirve para captar la imagen de las marcas de referencia que, tras su procesado, darán la localización del dispositivo y la determinación de la velocidad de barrido del mismo. Se sitúa al lado de la hilera de cámaras, orientada directamente hacia donde procede la luz y se sirve de las referencias (señales visuales o localizador GPS) para el desempeño de su función.

La cámara CCD color de visualización (C) capta en continuo la imagen de la zona de la superficie medida y del entorno que la rodea. Sirve para la posterior presentación de los resultados a través de una pantalla de ordenador.

La cámara B/N (D) en blanco y negro, con un objetivo óptico, se enfoca el punto de contacto entre el dispositivo y la superficie analizada. El posterior procesado de la información proporcionada proporciona la distancia entre la hilera de CCDs y la superficie analizada.

La unidad fotométrica de referencia (E) , orientada directamente hacia donde procede la luz, está formada por... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico (Fig. 3) que comprende un conjunto de cámaras CCD B/N en hilera (A) , unas cámaras B/N (B, D) y color (C) , una unidad fotométrica de referencia (E) y un sensor espectral (F) , caracterizado en que incluye, además, un sistema de barrido (G) que se desplaza sobre la vía y que lleva incorporado el dispositivo de la invención para realizar una medición dinámica de la cantidad y distribución de luz policromática sobre superficies extensas, alejadas y en un entorno variable.

2. Dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico (Fig. 3) según la reivindicación 1, caracterizado en que dicha unidad fotométrica (E) está orientada directamente hacia donde procede la luz, está formada por varios sensores y filtros neutros de distintas densidades ópticas, cada uno asociado a un sensor, y se utiliza como referencia en el posterior procesado de la información.

3. Dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico (Fig. 3) según la reivindicación 1, caracterizado en que dicho conjunto de cámaras CCD B/N (A) en hilera son para la detección de las pendientes de los haces y de la energía recibida en cada píxel.

4. Dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico (Fig. 3) según la reivindicación 1, caracterizado en que la cámara B/N (B) es para el control de posición y velocidad de barrido de todo el dispositivo y la cámara B/N (D) es para el registro en continuo de la distancia entre la hilera de CCDs (A) y la superficie analizada.

5. Dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico (Fig. 3) según la reivindicación 1, caracterizado en que dicha cámara color para visualización del entorno (C) capta en continuo la imagen de la zona de la superficie medida y del entorno que la rodea para la posterior presentación de los resultados.

6. Dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico (Fig. 3) según la reivindicación 1, caracterizado en que dicho sensor espectral (F) , constituido por fotodiodos y filtros de varias longitudes de onda, analiza el espectro de luz bajo el cual se ha efectuado la medida y pondera la radiación recibida.

7. Dispositivo fotométrico electro-óptico (Fig. 1) que comprende una cámara CCD y un objetivo gran angular (Fig. 1) que trabaja conjuntamente con cualquier fotómetro convencional y que proporciona información fotométrica direccional de la medida realizada por el fotómetro.

8. Dispositivo fotométrico electro-óptico, según reivindicación 1 y 7 que se autoreferencia en el espacio o bien a través de un sensor externo (Fig. 3D)

o bien a partir de la propia información de la cámara CCD.

9. Dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico (Fig. 1) según la reivindicación1y7, caracterizado por proporcionar datos fotométricos válidos para el control de consumo energético en edificaciones o en vías públicas o privadas.

10. Dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico (Fig. 3 o Fig. 1) según la reivindicación 1 y 7, caracterizado por disponer de un entorno de comunicación remoto para su control y envío y recepción de información.

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

Nº solicitud: 200931006

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 17.11.2009

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : G01J1/12 (01.01.2006)

DOCUMENTOS RELEVANTES

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 200931006

Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) G01J Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI

Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 200931006

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 03.03.2011

Declaración

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986) .

Base de la Opinión.

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Informe del Estado de la Técnica Página 3/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 200931006

1. Documentos considerados.

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración Los documentos citados solo muestran el estado general de la técnica, y no se consideran de particular relevancia. Así, la invención reivindicada se considera que cumple los requisitos de novedad, actividad inventiva y aplicación industrial. 1. El objeto de la presente solicitud de patente consiste en un dispositivo fotométrico electro-óptico dinámico y al procedimiento aplicado en él para la medición dinámica de la cantidad y distribución de la luz policromática sobre superficies extensas, alejadas y en un entorno variable. Emplea un procedimiento de medición indirecto y cuya aplicación es dinámica, adaptada al entorno y alejada de la superficie extensa a medir, es decir, aquella en la que la medida se hace desplazando el dispositivo de forma adaptada a la superficie analizada e independiente de su ubicación, forma o distancia.

2. El problema planteado por el solicitante es conseguir que la medida se haga de forma adaptada a la superficie analizada e independiente de su ubicación, forma o distancia. También resuelve la medición dinámica de la cantidad y distribución de la luz policromática sobre superficies extensas, alejadas y en un entorno variable. Para ello mide la cantidad de luz y su distribución a partir de un procedimiento indirecto basado en la determinación de las pendientes de estrechos haces de luz focalizados sobre el plano de la CCD, enfocando hacia el infinito el objetivo de una cámara CCD, así como determinar la energía captada por cada píxel. Además el procedimiento de la invención es dinámico ya que barre de forma continua la superficie analizada mediante una hilera de CCDs. El documento D1 puede considerarse como el representante del estado de la técnica más cercano ya que en este documento confluyen la mayoría de las características técnicas reivindicadas.

Análisis de las reivindicaciones independientes 1, 7

D1 se diferencia del documento de solicitud de patente en que sólo se emplea una cámara y no se barre de forma continua la superficie analizada mediante una hilera de CCDs. El efecto de esta diferencia es que la disposición en hilera de los CCDs, junto con la separación adecuada de los mismos amplía la anchura de la zona de medida gracias a la información aportada por cada CCD, consiguiendo que el sistema propuesto por la invención pueda medir del orden de los 50 cm lineales por el largo que se desee desplazar el dispositivo. La reivindicación 1, por tanto, es nueva (Art. 6.1 LP 11/1986) y tiene actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) . D1 tampoco tiene un objetivo gran angular que trabaje continuamente con cualquier fotómetro convencional y que proporcione la información fotométrica convencional de la medida realizada por el fotómetro. El efecto técnico de esta diferencia es que se pueden medir con este tipo de objetivos gran angular superficies con cualquier nivel de pendientes por muy elevadas que se consideren, es decir, es capaz de recoger información completa de media esfera. Por tanto la reivindicación 7 de la solicitud es nueva (Art. 6.1 LP 11/1986) y tiene actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) .

Análisis del resto de los documentos

De este modo, ni el documento D1, ni ninguno del resto de los documentos citados en el Informe del Estado de la Técnica, tomados solos o en combinación, revelan la invención en estudio tal y como es definida en las reivindicaciones independientes, de modo que los documentos citados solo muestran el estado general de la técnica, y no se consideran de particular relevancia. Además, en los documentos citados no hay sugerencias que dirijan al experto en la materia a una combinación que pudiera hacer evidente la invención definida por estas reivindicaciones y no se considera obvio para una persona experta en la materia aplicar las características incluidas en los documentos citados y llegar a la invención como se revela en la misma.

Informe del Estado de la Técnica Página 4/4