ES2575031B1 - Dispositivo óptico planar multicapa - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo óptico planar multicapa compuesto par una estructura planar multicapa, con forma de banda flexible, moldeable o rígida (o conjunto de ellas) que contiene diversos elementos ópticos, activos y pasivos, de emisión y recepción de haces luminosos, conectada/s con una unidad de alimentación, regulación y control. Este dispositivo puede fijarse a herramientas o instrumentos y permite la iluminación, el análisis óptico, el registro de imágenes y el control de dispositivos mediante la emisión y detección de señales luminosas en espacios y cavidades de difícil acceso.#Tiene su aplicación dentro de las industrias de fabricación de aparatos, dispositivos y elementos auxiliares de iluminación, de análisis óptico de materiales y de registro de imágenes. Más concretamente en los sectores de automoción, motores y conducciones de gases y fluidos así como en medicina, cirugía, odontología, biología y veterinaria.

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo optico planar multicapa.

Objeto de la invencion

La presente invencion se refiere a un dispositivo optico portatil compuesto por una estructura planar multicapa con forma de banda flexible, moldeable o rigida (o conjunto de ellas) que contiene diversos elementos opticos, activos y pasivos, de emision y detection de haces luminosos, conectada/s con una unidad de alimentation, regulation y control. Este dispositivo puede fijarse a herramientas o instrumentos y permite la iluminacion, el analisis optico, el registro de imagenes y el control de dispositivos mediante la emision y reception de senales luminosas en espacios y cavidades de dificil acceso.

Tiene su aplicacion dentro de las industrias de fabrication de aparatos, dispositivos y elementos auxiliares de iluminacion, de analisis optico de materiales y de registro de imagenes. Mas concretamente en los sectores de automocion, motores y conducciones de gases y fluidos asi como en medicina, cirugia, odontologia, biologia y veterinaria.

Estado de la tecnica

En numerosas aplicaciones industriales y tecnologicas resulta necesario iluminar, captar imagenes y analizar las propiedades opticas de cavidades, recintos y oquedades de tamano reducido o de dificil acceso. Tales aplicaciones incluyen los ambitos de automocion, inspection de motores y conducciones de gases y fluidos, as! como los sectores de medicina, cirugia, odontologia, biologia o veterinaria.

Para iluminar en este tipo de recintos se utilizan, en general, i) lamparas o luminarias de multiples tipos, sujetas mediante diversos mecanismos articulados o rigidos, ii) fibras opticas que transmiten luz de una fuente externa al interior del espacio y iii) linternas o fuentes puntuales. Las fuentes de tipo lamparas externas tienen en comun que la luz incidente sobre la zona que se desea iluminar se dirige a la misma en forma de un haz cilmdrico o conico como en el modelo de utilidad ES1069014. Aunque pueden conseguirse niveles de iluminacion adecuados para los diversos usos, el uso simultaneo de herramientas o instrumentos genera zonas de sombra o de iluminacion limitada.

Analogamente sucede con las fibras opticas de iluminacion de uso comun en aplicaciones medicas y quirurgicas. Por otra parte, el rapido desarrollo de las tecnologias de diodos emisores de luz (LED) ha llevado a la generalization de numerosos tipos de luminarias basados en este tipo de fuentes luminosas, con deseables caracteristicas de durabilidad, fiabilidad y bajo consumo. Algunos de los aspectos tecnologicos mas destacados que deben resolverse en cada caso son los referentes a la distribution espacial de la luz emitida, tal como en la patente ES1076869, y la propia distribucion de emisores en las lamparas o luminarias, como en los modelos de utilidad ES1068169, ES2096710T3 y ES1067877U. Entre las aplicaciones de estas fuentes de luz destacan cables o tiras de tales diodos para usos ornamentales y decorativos y como elementos en paneles de senalizacion o iluminacion, como el descrito en el modelo de utilidad ES1076900U.

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Por otra parte, para captar imagenes en los recintos y cavidades descritos se utilizan dispositivos tales como endoscopios y sistemas analogos, en los que la imagen captada por una fibra optica o una microcamara situada en el extremo de un elemento de insertion es transmitida al exterior. Asimismo, para realizar medidas de propiedades opticas en tales entornos se introducen en los mismos diversos sistemas de captacion de la luz reflejada mediante fibras opticas o pequenos sensores. Por su parte, para el control de dispositivos en un recinto o cavidad se utilizan mecanismos de comunicacion radioelectrica o cableado de union con los mismos.

La invention propuesta combina, en un unico dispositivo, elementos que aportan un enfoque innovador a las limitaciones de los referidos sistemas: el calor generado por las fuentes luminosas y otros elementos activos es evacuado a traves del elemento que le da forma y soporte estructural; la forma de banda multicapa permite disponer, simultaneamente y en el mismo dispositivo, de emisores y receptores de luz dotados, cada uno, de diversos elementos opticos activos y pasivos que modulan o modifican las propiedades de la luz emitida y recibida. Estos elementos adicionales tienen forma y geometrla planar, a diferencia de las combinaciones de lentes y espejos propios de las fuentes luminosas tales como los referidos en las patentes EP1880139B1, US2007263390A1 y DE202005007500U1 y en dispositivos de colimacion y concentration como el descrito en la patente ES2363396B1. La geometrla del dispositivo propuesto en forma de banda multicapa permite, asimismo, que sea de tamano reducido y de facil introduction en recintos de diflcil acceso, y la posibilidad de flexionarlo o moldear su forma permite adaptarlo a la forma de instrumentos o herramientas de uso comun en cada aplicacion La combination de estas caracterlsticas y los elementos indicados posibilita que, en el mismo dispositivo, puedan realizarse simultanea o independientemente las funciones de iluminacion, medida de propiedades opticas, captacion de imagenes y control optico de otros dispositivos.

Descripcion de las figuras

Para complementar la descripcion de la invencion, se acompana el siguiente conjunto de figuras como parte integrante de su descripcion, con caracter ilustrativo y no limitativo.

Figura 1.- Esquema general del dispositivo optico planar multicapa.

(1) Banda optica.

(2) Unidad de alimentation, regulation y control.

(3) Haz de cables de conexion.

(25) Diodo emisor LED de alta luminosidad.

(26) Diodo emisor laser.

(27) Detector de tipo fotodiodo (puntual).

(28) Detector de tipo sensor matricial de imagen.

(43) Margen de union de las capas protectoras superior e inferior.

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Figura 2.- Perfil de una banda optica.

(AB) Eje longitudinal de la banda optica.

(CD) y (EF) Ejes que definen el plano (seccion o perfil) de la banda a lo largo del eje longitudinal AB.

(4) Capa protectora superior.

(5) Capa optica pasiva.

(6) Capa optica activa.

(7) Lamina disipadora termica y de soporte estructural.

(8) Capa de emisores (diodos LED y diodos laser).

(9) Capa de detectores (fotodiodos puntuales y sensores lineales y matriciales).

(10) Capa magnetica.

(11) Capa protectora inferior.

(12) Capa adhesiva.

(35) Cable de conexion termica de la lamina disipadora termica y de soporte estructural.

(37) Cables de alimentacion electrica de la capa optica activa, la capa de emisores y la capa de detectores.

(38) Cables de control de la capa optica activa, la capa de emisores y la capa de detectores.

(39) Disipador termico de la unidad de alimentacion, regulation y control.

(40) Ranuras de salida del calor/aire caliente de la unidad de alimentacion, regulacion y control.

(41) Fuente de alimentacion de corriente continua de todos los elementos de la banda.

(42) Modulos de electronica para generation de las senales de control de todos los elementos de la banda y para reception y analisis de las senales generadas por los detectores

(44) Escala graduada de longitud.

(45) Orificios para permitir la fijacion mecanica de la banda.

(46) Conjunto de conectores de alimentacion electrica, conduction termica, senales de control y datos.

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Figura 3.- Vista esquematica de la disposition de las diferentes capas que componen una banda optica.

(13) Haz de luz emitido por un diodo LED.

(14) Haz de luz emitido por un diodo laser.

(15) Ventanas opticas de cristal ultrafino o plastico transparente en la capa optica activa.

(16) Ventanas opticas de cristal ultrafino o plastico transparente en la capa optica pasiva.

(17) Filtro optico de color (en la capa optica pasiva).

(18) Lamina difusora (en la capa optica pasiva).

(19) Red de difraccion/holografica (en la capa optica pasiva).

(20) Conjunto de microprismas (en la capa optica pasiva).

(21) Conjunto de microlentes (en la capa optica pasiva).

(22) Modulador espacial de luz o de cristal llquido (en la capa optica activa).

(23) Microlente de forma variable (en la capa optica activa).

(24) Filtro variable (en la capa optica activa).

(29) Cables de alimentation electrica de la capa optica activa.

(30) Cables de alimentacion electrica de la capa de emisores.

(31) Cables de alimentacion electrica de la capa de detectores.

(32) Cables de control de la capa optica activa.

(33) Cables de control de la capa de detectores.

(34) Cables de control de la capa de emisores.

(36) Huecos en la lamina disipadora termica y de soporte estructural. Corresponden a las posiciones de los emisores y detectores.

Figura 4.- Vista esquematica (perfil) de una primera realization preferida de la presente invention, como dispositivo de iluminacion.

(47) Cono de luz con angulo de 120° emitido por los diodos emisores LED.

(48) Superficie que se desea iluminar (representada, por sencillez, como un plano paralelo a la banda optica).

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Figura 5.- Vista esquematica (perfil) de una segunda realization preferida de la presente invention, como dispositivo de analisis optico del medio o de las paredes del recinto en el que se inserta la banda.

(a) Angulo de curvatura (flexion) del eje longitudinal de la banda optica.

(49) Cono de luz con angulo de 90° emitido por los diodos LED.

(50) Haz emitido por el diodo laser, de section rectangular del mismo tamano de la superficie activa de emision.

(51) Superficie cuyas propiedades optica se desea analizar.

(52) Haz reflejado (o emitido por fluorescencia) por la superficie analizada.

(53) Luz incidente sobre el detector (fotodiodo puntual).

Figura 6.- Vista esquematica (perfil) de una tercera realizacion preferida de la presente invencion, como dispositivo de registro de imagenes.

(54) Ventanas opticas de cristal ultrafino o plastico transparente en la capa protectora superior.

(55) Haces de luz estructurada proyectados sobre la superficie que se desea registrar.

(56) Campo de vision angular captado por el primer sensor matricial de imagen.

(57) Campo de vision angular captado por el segundo sensor matricial de imagen.

Figura 7.- Vista esquematica (perfil) de una cuarta realizacion preferida de la presente invencion, como dispositivo de control y comunicacion (mediante senales luminosas) de otros dispositivos.

(58) Dispositivo que se comunica/controla mediante senales luminosas.

(59) Recinto/espacio (59) iluminado por la banda optica.

(60) Senales opticas (datos y senales) emitidas por los dispositivos controlados por la banda optica.

Description de la invencion

La presente invencion se refiere a un dispositivo optico portatil de iluminacion, analisis, registro de imagenes y control de dispositivos mediante emision, modulation y detection de haces luminosos, compuesto de una estructura multicapa de elementos opticos con forma de banda (o conjunto de tales unidades), flexible(s), moldeable(s) o rlgida(s), conectada(s) con una unidad de alimentation, regulation y control.

Cada banda optica se compone de una pluralidad de elementos emisores de luz (diodos emisores de luz (light emitting diode, LED) y diodos laser (laser diode, LD)) en montaje superficial (surface mounted diode, SMD), elementos detectores de luz (puntuales, que

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reciben luz y la convierten en una senal electrica, y sensores lineales y matriciales, que permiten captar una imagen) y elementos opticos activos y pasivos, todos dispuestos en capas superpuestas sobre una lamina disipadora termica y de soporte estructural, y el correspondiente cableado de conexion (con la referida unidad de alimentacion y control), conformando una estructura planar, con forma generica de banda (o cinta), flexible, moldeable o rlgida (segun el material y dimensiones de la lamina de soporte estructural), de tamano variable, envuelta o recubierta con un material plastico transparente dotado de escalas indicadoras de longitud y de orificios para su fijacion mecanica. Cada banda puede fijarse, asimismo, mediante adhesivos o imanes a instrumentos, dispositivos o herramientas para permitir su uso en el interior de cavidades, oquedades y espacios reducidos o de diflcil acceso.

El tamano de las bandas esta principalmente determinado por las tecnologlas de los emisores y detectores utilizados en montaje superficial, sus caracterlsticas de consumo electrice y el tipo de datos o senales que emitan o reciban. Con las tecnologlas actualmente disponibles, la dimension transversal (ancho) de una banda puede ser desde unos 4 millmetros (mm) hasta 15 mm, la dimension longitudinal (largo) desde unos 30 mm hasta unos 300 mm y el grosor (espesor) desde unos 3 mm hasta 10 mm.

El presente dispositivo es de caracter modular, de manera que un conjunto de bandas opticas, dotadas de diversas agrupaciones de emisores y detectores de luz, puede combinarse con otras para conseguir multiples configuraciones geometricas de diversas formas y tamanos, segun la finalidad deseada. Estas funciones son:

- iluminacion de un recinto de diflcil acceso (mediante la combination de un conjunto de diodos emisores y, en su caso, elementos opticos difusores en la capa optica pasiva),

- analisis optico de propiedades del medio o reciente en el que se encuentra el dispositivo. Especlficamente, permite la realization de medidas de reflectancia difusa, registro de los espectros de absorcion o de fluorescencia, tanto estaticos como dinamicos (mediante la combinacion de varios diodos emisores y detectores puntuales, lineales o matriciales y, en su caso, disponiendo filtros, lentes o prismas en las capas opticas activa y pasiva).

- registro de imagenes (mediante detectores de luz del tipo sensores lineales o matriciales de imagen con lentes y filtros superpuestos). Especlficamente, pueden registrarse imagenes del interior de cavidades y recintos de diflcil acceso. La combinacion de proyecciones de haces de luz estructurada (con patrones generados por la capa optica activa, iluminada por los diodos emisores) con la captation simultanea o secuencial de imagenes en sensores matriciales (dotados, en su caso, con lentes superpuestas en las capa optica pasiva) permite obtener secuencias (o escaneados) de imagenes bidimensionales (2D) convencionales, pares estereoscopicos u otros conjuntos adecuados para obtener reconstrucciones o visualizaciones tridimensionales (3D) del recinto en el que se situa la banda.

- comunicacion y control de dispositivos capaces de emitir y recibir pulsos luminosos o senales luminosas con information codificada en amplitud, frecuencia, longitud de onda, fase, polarization o cualquier otra propiedad de las ondas y haces luminosos. Esta codification se consigue mediante la modulation o control de las propiedades de la luz emitida por los emisores y de las caracterlsticas de los elementos (de tipo cristal liquido)

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que se disponen en la capa optica activa, tanto sobre los emisores como sobre los detectores.

Con referencia a las figuras 1, 2 y 3 adjuntas, los elementos constitutivos y caracterlsticas de cada parte de la invention descrita son los siguientes.

En cada banda optica, el orden relativo de las capas componentes es como sigue (enumerado desde el espacio hacia donde se emite la luz):

- capa protectora superior (4),

- capa optica pasiva (5),

- capa optica activa (6),

- lamina disipadora termica y de soporte estructural (7),

-capa de elementos detectores (9),

- capa de elementos emisores (8),

- capa magnetica de fijacion o capa plastica con imanes intercalados (10),

- capa protectora inferior (11),

- capa adhesiva (12) para su fijacion permanente o temporal.

El numero y tipo concreto de capas en cada banda depende de la aplicacion especlfica a la que se destine el dispositivo.

Las caracterlsticas de cada una de las capas que componen cada banda optica son las siguientes:

Las capas protectoras superior (4) e inferior (11): Son laminas de plastico o material similar, transparente (al menos, en su parte superior), flexibles, que recubren el conjunto de la banda uniendose por su borde (43), configurando una envoltura que puede ser impermeable, resistente a la action de agentes y deterioro exterior, y posibilitando su limpieza y reutilizacion. Segun el material del que se hagan las referidas capas y del procedimiento de aplicacion (laminado en frlo, encolado, plastificado termico u otro), la envoltura generada mediante las capas protectoras unidas puede ser esterilizable o estar dotada de resistencia especlfica para posibilitar el uso de la banda optica en presencia de agentes flsicos, biologicos o qulmicos determinados. Especlficamente, cada banda optica y sus conectores y cableado pueden recubrirse o envolverse con capas protectoras transparentes y biocompatibles, adecuadas para estar en contacto directo con tejidos y organos humanos o animales u otros materiales biologicos.

En cualquier caso, el procedimiento de deposito y union de las capas protectoras superior e inferior debe ser tal que no produzca dano ni modification en los elementos y componentes opticos y electronicos de las otras capas. Las capas protectoras superior (4) e inferior (11) pueden unirse alrededor de la banda optica, constituyendo una cubierta aislante cerrada y, en su caso, hermetica, de manera tal que las capas protectoras unidas

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sobresalgan a ambos lados y por los extremos de la banda optica en forma de una zona exterior (margen o reborde) (43). Este margen puede recortarse con la forma deseada (por ejemplo, en forma curva en sus esquinas) y marcarse con indicadores de posicion o longitud (14), graduados en las unidades necesarias (tlpicamente, millmetros) para facilitar la medida de la profundidad de insercion de la banda optica en un espacio determinado (por ejemplo, en oquedades de diflcil acceso). Asimismo, el referido borde (43) puede troquelarse con orificios o ranuras (15) de la forma y tamano deseados, situados con el espaciado adecuado entre los mismos para posibilitar el uso de cables, hilos, alambres, tornillos u otros elementos de fijacion o anclaje mecanico.

La capa de elementos emisores de luz (8): Consta de una pluralidad de diodos emisores de luz (LED) de pequeno tamano y alta luminosidad y, en su caso, de diodos laser (LD), montados de forma superficial (SMD), sobre una cinta plastica flexible, en la que se integran, asimismo, los elementos electronicos adicionales (resistencias, diodos) y cableado necesarios para su correcta alimentacion y control.

Los diodos LED pueden ser emisores de alta luminosidad, de diversos tipos, tales como emisores monocromaticos (emiten una unica longitud de onda o color), policromaticos (emiten un conjunto discreto de longitudes de onda o colores), de luz blanca (emiten luz de color resultante blanco) o de color regulable (red-green-blue, RGB) (emiten luz de color resultante seleccionable por el usuario).

Los diodos laser (LD) pueden ser de diversos tipos existentes que puedan montarse sobre la referida banda.

Las corrientes y tensiones (voltajes o diferencias de potencial electrico) que regulan la intensidad y, en su caso, el color de la luz emitida por los diodos LED o LD, as! como, en su caso, su modulacion en amplitud, frecuencia o fase, se controlan desde la unidad externa de alimentacion. Los emisores LED o LD pueden ser controlados individualmente o en agrupaciones (tlpicamente, de dos o tres unidades). Las posiciones preferentes de estos emisores LED o LD son consecutivas, alineadas siguiendo el eje longitudinal de la banda

La capa de elementos detectores de luz (9): Consta de una pluralidad de detectores puntuales, lineales y matriciales cuyas posiciones estan intercaladas entre los elementos emisores, o consecutivas con los mismos, segun el tipo de aplicacion especifica requerida. Los detectores y su cableado estan situados sobre la capa de elementos emisores, de manera que ambos tipos de elementos (emisores y detectores) esten, a su vez, en contacto termico con la lamina disipadora termica.

Los detectores puntuales son fotodiodos, fototransistores y fotorresistencias que proporcionan una senal electrica (voltaje o corriente) relacionada con la intensidad y caracterlsticas de la luz recibida.

Los detectores lineales y matriciales son elementos en forma de conjuntos (arrays) lineales o matriciales de elementos individuales que configuran un sensor capaz de captar una imagen. Los detectores de imagen lineales y matriciales pueden ser dispositivos de carga acoplada (charge-coupled device, CCD), dispositivos de pixeles activos como los de tipo semiconductor complementario de oxido metalico (complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS) y de otros tipos.

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En su caso, y dotados de los elementos electronicos adicionales necesarios, los detectores pueden permitir la conversion de las senales luminosas en senales digitales o datos binarios en distintos formatos.

La lamina disipadora termica y de soporte estructural (7): Es una cinta (lamina) de un buen conductor termico (preferentemente, metalico) de un espesor tlpico de 0.05-3.0 mm, dotada de orificios de forma y tamano adecuados en las posiciones de los emisores y detectores, y situada en contacto directo con la capa optica activa (6) y las capas de emisores (8) y detectores (9). Este contacto - y la fijacion entre las capas - puede mejorarse mediante la aplicacion de masilla o pegamento termico entre ellas, para permitir el flujo de calor hacia la lamina disipadora pero sin que haya contacto electrico entre las capas.

El material, la forma y las dimensiones de la lamina termica y de soporte estructural determinan las caracterlsticas de flexibilidad, maleabilidad y rigidez estructural deseadas para la banda: Por ejemplo, si se requiere poder adaptar su forma para adherirlo o fijarlo a un instrumento o herramienta determinado, la lamina puede realizarse en cobre con un espesor del orden de 0.05-0.5 mm. Por el contrario, si se requiere que la banda sea rlgida, esta lamina puede ser de aluminio u otro material analogo, con un espesor de 0.2-3.0 mm. Al tratarse, en todo caso, de un material buen conductor termico, se posibilita la evacuacion del calor generado por los elementos opticos activos hacia la unidad externa de regulation y control, donde se disipa de forma pasiva o, en su caso, mediante ventiladores o refrigeradores activos, como los modulos termoelectricos utilizados en aplicaciones electronicas portatiles.

La capa optica activa (6): Consta de elementos opticos planos activos, preferentemente laminas de cristal liquido, moduladores espaciales de luz, obturadores, lentes de forma variable mediante control electrico y filtros regulables, todos ellos insertados en una lamina de soporte flexible (preferentemente de plastico) en la que se integran los elementos electronicos y cableado necesarios para su correcta alimentation y control. El tamano de los elementos activos es el adecuado para situarse sobre los emisores o sobre los detectores. Al disponerse esta capa optica activa.

- sobre los emisores: permite la modulation de la luz emitida por los mismos en pulsos de duration y frecuencia regulable, asl como el control de la amplitud y la fase de la luz emitida por cada emisor.

- sobre los detectores: permite modular o filtrar la luz incidente sobre los mismos.

La capa optica pasiva (5): Consta de un conjunto de elementos opticos insertados, grabados o troquelados en una lamina soporte de material adecuado, preferentemente de material plastico. Incluye elementos refractantes (lentes, microlentes y otros), reflectantes (espejos, ranuras y otros), difractantes (redes de difraccion, hologramas y otros), dispersantes (prismas, microprismas y otros) y difusores (difusores lambertianos y otros) para dirigir o filtrar tanto los haces luminosos emitidos por los emisores como los haces luminosos recibidos por los detectores, en las direcciones deseadas y con los niveles de potencia e intensidad luminosa adecuados para cada aplicacion especlfica.

Especlficamente, los elementos de las capas opticas activa y pasiva situados sobre los elementos detectores permiten filtrar la luz recibida por los mismos segun el tipo de analisis o registro de imagenes que se desee realizar.

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La capa magnetica de fijacion (10): Es una cinta flexible de material magnetico que se adhiere por una cara a la parte inferior de la capa en la que se situan los emisores y receptores de luz. Al estar magnetizada, permite la fijacion permanente o temporal a piezas, instrumentos o herramientas de diversas formas y caracterlsticas (de tipo ferromagnetico), con el fin de poder usar el dispositivo descrito en esta invention en el interior de espacios diversos, incluyendo cavidades, oquedades y espacios de diflcil acceso. La intensidad de la fuerza magnetica de atraccion depende de las caracterlsticas de la propia cinta, encontrandose multiples opciones comerciales. Debe escogerse una cinta con fuerza magnetica tal que permita la fijacion de la banda optica a una superficie ferromagnetica teniendo en cuenta el espesor de la capa protectora inferior (11).

En aquellas situaciones en que no interese la creation de una zona de campo magnetico a lo largo de toda la banda optica, la capa magnetica de fijacion (10) puede sustituirse por una plastica con imanes intercalados o, simplemente, por una capa de material adhesivo de fijacion (12), adherido a la parte exterior de la capa protectora inferior. Asimismo, una banda optica sin capa magnetica ni adhesiva tambien puede fijarse o anclarse mecanicamente (mediante tornillos, hilos, alambres o suturas) usando los orificios (15) situados en el margen (43) generado por la union de las capas protectoras superior (4) e inferior (11).

La unidad independiente de alimentacion y control: Es una unidad que contiene

a) una fuente de alimentation continua de bajo voltaje, preferentemente 12V o 24V, que proporciona la tension y corriente electrica necesarias a los elementos activos de la banda optica conectada con la misma. La alimentacion de la banda optica es proporcionada por baterlas, acumuladores o elementos analogos. Esta alimentacion es particularmente apropiada para bandas opticas que vayan a utilizarse en espacios, recintos o cavidades donde sea preciso evitar cualquier posible riesgo derivado del uso tensiones elevadas, como en las aplicaciones en medicina, cirugla, biologla o veterinaria, o en aplicaciones industriales en atmosferas qulmicamente reactivas, incendiarias, o explosivas.

b) un conjunto de elementos disipadores pasivos, tipo aletas, o activos, tipo ventiladores

o modulos termoelectricos, que disipan el calor generado por los elementos activos situados en la banda optica. Estos disipadores son necesarios para evacuar el calor generado por los elementos opticos activos (situados en la banda activa), y los emisores y detectores de luz (situados en sus bandas correspondientes). Este calor es transmitido por la lamina disipadora termica desde los elementos en los que se produce hasta la referida unidad de control a traves de un cable conductor del calor, puesto que los elementos disipadores establecen una diferencia de temperatura (y, en consecuencia, un gradiente termico) entre ellos y la banda.

c) la circuiterla electronica que genera, transmite, adapta, y modula las senales de control de las propiedades y caracterlsticas de los elementos opticos activos.

d) la circuiterla electronica que genera, transmite, adapta, y modula las senales que son convertidas por los emisores en secuencias de pulsos luminosos de la amplitud, frecuencia, longitud de onda, fase y polarization requeridas para conseguir la activation y comunicacion con elementos detectores que se encuentren situados en el entorno de la banda que las emite, y

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e) la circuiterla electronica que recibe, decodifica y almacena las senales recibidas por los detectores situados en la banda optica.

Adicionalmente, esta unidad de control puede conectarse con un ordenador, un sistema de registro y almacenamiento de datos o dispositivo analogo, mediante cableado o de forma inalambrica.

La alimentacion electrica, las senales de control y modulation de la luz emitida y las senales y datos generados por los detectores se transmiten hacia las banda/s optica/s y desde ella/s a la unidad de alimentacion y control mediante un conjunto de cables especificas, dotados de los conectores adecuados en sus extremos. La lamina disipadora termica se conecta mediante un conector adecuado a un cable buen conductor del calor (por ejemplo, de cobre). El conjunto de los cables de conexion electrica y termica puede estar agrupado en forma de un haz, conductores coaxiales, cable plano o de otro tipo. El cableado puede estar recubierto por materiales que se puedan limpiar y, en su caso, esterilizar.

Tanto la banda optica como la unidad externa de alimentacion, regulation y control pueden ser portatiles. Asimismo, cada banda optica y sus conectores, envolturas y cableado de conexion pueden ser reutilizables, reciclables o desechables.

Con la configuration basica descrita, se pueden optimizar los parametros geometricos, opticos, electronicos y de montaje para diferentes aplicaciones especificas. En algunas de ellas, como el uso como dispositivo de iluminacion propuesto, la invention descrita puede fabricarse con dispositivos y tecnologlas comercialmente disponibles, en un rango muy amplio de costes y prestaciones, posibilitando su implementation en forma de dispositivos economicos y coste-efectivos.

Modo de realizacion de la invencion

Con referencia a las figuras adjuntas, la presente invencion se refiere a un dispositivo optico portatil de iluminacion, analisis, registro de imagenes y control de dispositivos mediante emision, modulacion y reception de haces luminosos, compuesto de una banda optica multicapa (1) (o conjunto de ellas) conectada con una unidad de alimentacion, regulacion y control (2) por un conjunto de cables de conexion electrica y termica (3).

Cada banda optica se compone de una pluralidad de emisores de luz (diodos LED y diodos laser), detectores de luz (puntuales, lineales y matriciales) y elementos opticos activos y pasivos dispuestos en capas superpuestas con una lamina disipadora termica y de soporte estructural, y el correspondiente cableado de conexion con la unidad de alimentacion y control. Una vez definidas las caracterlsticas generales de la invencion propuesta, se presentan a continuation un conjunto de cuatro modos preferentes o ejemplos de realizacion de la misma:

Modo de realizacion 1: Dispositivo de iluminacion.

Esta realizacion tiene un campo de aplicaciones especificas como dispositivo de iluminacion en cavidades, recintos y oquedades del interior de conjuntos complejos de multiples piezas, como en la industria de la automocion, en la inspection del interior de motores y conductos tales como tuberlas y circuitos de fluidos y gases, y en

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procedimientos de cirugla mlnimamente invasiva o de intervention quirurgica en campo profundo.

Como se muestra en la figura 4, a modo de ejemplo, la banda optica (1) esta dotada de un cierto numero de diodos emisores LED iguales (25), de luz blanca y de alta luminosidad, en montaje superficial (tecnologla SMD). Cada uno de ellos emite un cono de luz con angulo de 120° (47). El numero de diodos emisores, su potencia y sus posiciones relativas se determinan por el nivel de iluminacion deseado en la superficie (48) que se desea iluminar. El control de la intensidad de la luz emitida se realiza mediante un circuito regulador situado en la unidad de alimentation, regulation y control. Segun el numero de diodos emisores instalados y su potencia, se determina el espesor de la lamina disipadora termica y de soporte estructural. Como ejemplo, con un conjunto de 6 diodos de luz blanca, de 1800 lumen, montados en una banda SMD de unos 10 mm de ancho, 80 mm de longitud y 4 mm de grosor, la banda optica resultante tendrla unos 80-90 mm de longitud y unos 10-15 mm de ancho (incluyendo los margenes (43) para los orificios de fijacion mecanica y la escala graduada de longitud). Como los referidos diodos consumen una potencia de unos 1.5 W, la lamina disipadora estarla realizada en una lamina de cobre de 0.1-0.3 mm de espesor. Si se usan diodos de tipo RGB, de color variable, el control de la luz emitida por estos tambien se regula en la unidad de alimentation, regulation y control.

Usando los referidos diodos y materiales, el dispositivo montado segun esta realization puede ser de bajo coste, posibilitando una construction y montaje sencillo y economico.

Modo de realization 2: Dispositivo para analisis optico.

Esta realizacion de la invencion propuesta se destina al ambito del analisis de propiedades opticas de materiales. En particular, permite la realization de medidas de reflectancia difusa, la obtencion de los espectros de absorcion y de fluorescencia, tanto estaticos como dinamicos, de las paredes (o medio) en el que se refleja la luz emitida por la banda. Estas medidas se realizan mediante la combination y sincronizacion de la emision de haces continuos o pulsados desde uno o varios diodos emisores con la reception en uno o varios detectores puntuales, lineales o matriciales dotados, en su caso, tanto los emisores como los detectores, de filtros, lentes o prismas en la/s capas optica/s pasiva y activa.

Como se muestra en la figura 5, a modo de ejemplo, la banda optica (1) esta dotada de dos diodos emisores LED iguales (25) y un diodo laser (26) y un detector de tipo fotodiodo (27). Cada uno de los diodos LED emite un cono de luz con angulo de 90° (49) y los diodos laser emiten un haz de section rectangular del mismo tamano de la superficie activa de emision (50). El numero de diodos emisores (LED y laser), sus potencias y sus posiciones relativas se determinan por el nivel de iluminacion deseado en la superficie (51) que se desea analizar. El tipo de elementos situados en las capas opticas activa y pasiva se determinan segun las propiedades deseadas en la luz emitida por los emisores y en la recibida por los detectores. La luz emitida por los diodos LED (25) y los diodos laser (26) incide sobre la superficie objeto del analisis (51) y tras reflejarse, transmitirse, retractarse o difractarse en la misma (52) es captada (53) por el detector (27). La banda optica (1) esta curvada un angulo a para facilitar la incidencia (sobre los detectores) de la luz reflejada por las paredes del recinto.

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Segun el tipo de analisis que se desee realizar, los diodos emisores pueden generar un conjunto de varias longitudes de onda (colores) o, como el diodo laser, ser monocromaticos y emitir un unico color. Sus caracteristicas electricas son similares a las recogidas en la realization 1 anterior. Los detectores pueden ser fotodiodos sensibles en los rangos visible e infrarrojo cercano (ripicamente, desde unos 400 nanometros (nm) a unos 850 nm) con un consumo electrico del orden de 0.1 W. Las dimensiones de la banda optica con los elementos anteriores serian unos 100 mm de longitud, 10-12 mm de anchura y 4-6 mm de espesor. Los elementos de la capa optica pasiva pueden incluir filtros opticos que determinen los rangos de longitudes de onda recibida por los detectores y, por ejemplo, eliminen la luz ambiente de manera que sobre los detectores unicamente incidan las longitudes de onda (colores) de interes. Para la medida de los espectros de absorcion en regimen estacionario, la luz se emite de manera continua y los detectores se mantienen activos (recibiendo) durante el intervalo de tiempo necesario para que la senal sea recogida con la relation senal-ruido adecuada. Por su parte, para la realizacion de medidas en regimen dinamico, la unidad de alimentation, regulation y control debe emitir senales de sincronizacion para que la emision y reception de los haces luminosos generados por los emisores y recibida por los detectores se realice en los intervalos temporales o siguiendo los pulsos de duration y frecuencia necesarios.

Para la medida de espectros de fluorescencia, la longitud de onda emitida debe ser la adecuada para estimular el correspondiente fenomeno de fluorescencia en el medio o recinto sobre el que incide la luz. Por ejemplo, para el uso de este dispositivo en intervenciones de cirugia en las que se necesite medir la fluorescencia vascular, los diodos emisores deben emitir longitudes de onda en el rango infrarrojo cercano y los detectores deben recibir longitudes de onda en el rango visible. Si interesa medir la fluorescencia oncologica, los emisores deben generar haces de luz en el espectro ultravioleta cercano y los detectores deben medir en el rango visible.

En esta realizacion, la capa protectora superior debe incluir, insertados en la misma, ventanas opticas transparentes situadas en las posiciones correspondientes a los emisores y detectores de luz. Estas ventanas pueden estar realizadas en plastico transparente o, si se requiere alta calidad o caracteristicas espedficas de transmision (por ejemplo, para las longitudes de onda en los rangos ultravioleta e infrarrojo), en cristal ultrafino de caracteristicas adecuadas.

Modo de realizacion 3: Dispositivo para registro de imagenes.

Esta realizacion de la invention propuesta permite la captation de imagenes mediante detectores de tipo sensor de imagen (lineales o matriciales) dotados, en su caso, con filtros y lentes superpuestas en las capas opticas (activa y pasiva). La proyeccion de haces de luz estructurada con patrones generados por la capa optica activa, iluminada por los diodos emisores, y la captacion simultanea o secuencial de las correspondientes imagenes permite obtener secuencias (escaneados) de imagenes bidimensionales (2D) convencionales, pares estereoscopicos u otros conjuntos adecuados para obtener reconstrucciones o visualizaciones tridimensionales (3D) del recinto en el que se situa la banda. Esto puede resultar de particular interes en el interior de cavidades y recintos de dificil acceso, en los que no resulta posible introducir otros tipos de camaras.

Con referencia a la figura 6 adjunta, y a modo de ejemplo, la banda optica (1) esta angulada (un angulo a) y dotada de dos diodos emisores LED (25) y dos detectores de tipo sensores matriciales de imagen (28). Delante de cada emisor (25), hay un modulador

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espacial de luz o de cristal ilquido (54) en la capa optica activa. Estos elementos generan un conjunto de llneas, retlculas o figuras de diferentes formas, como circunferencias, cruces, y otras (55) que, al ser iluminadas por la luz emitida, definen un patron de luz estructurada que se proyecta sobre la superficie (51) que se desea escanear en tres dimensiones.

Los sensores de imagen (28) pueden registrar imagenes 20 (fotograflas) convencionales pero con las diferencias angulares definidas por los angulos entre sus ejes opticos. Como ejemplo, se muestra el angulo a. Los elementos opticos situados en las capas activa y pasiva determinan los campos de vision (56, 57) captados por los sensores matriciales.

Modo de realization 4: Dispositivo para control y comunicacion optica con otros dispositivos.

En esta realizacion, la unidad de control

- genera o transmite a la/s banda/s conectadas con ella las senales que deban ser convertidas por los diodos emisores en secuencias de pulsos luminosos de la amplitud, frecuencia, longitud de onda, fase y polarization requeridas para conseguir la activation o comunicacion con otros dispositivos dotados de detectores opticos que se encuentren situados en el entorno de la banda que las emite.

- recibe y decodifica las senales luminosas generadas por los detectores cuando sobre ellos inciden los haces o senales luminosas emitida por otros dispositivos dotados de emisores de luz situados en el entorno de la banda que las recibe.

Esta forma de activacion o control de dispositivos (y, en su caso, de comunicacion con los mismos) presenta las caracterlsticas de ser inalambrica, de gran rapidez, sin generar ni ser sometida a perturbaciones o interferencias electromagneticas (tales como corrientes, chispas o arcos voltaicos y otras). Por todo ello, este modo de realizacion de la invention propuesta puede ser particularmente adecuada para su uso en entornos en los que sea preciso evitar tales riesgos, como las aplicaciones en recintos con atmosferas qulmicamente reactivas, explosivas o incendiarias, o en el interior del cuerpo humano, animales u organismos biologicos.

Con referencia a la figura 7 adjunta, a modo de ejemplo, la banda optica (1) esta dotada de dos diodos emisores LED iguales (25) y dos detectores de tipo fotodiodo (27). Cada uno de los diodos LED emite un cono con angulo de 120° (47) y la luz emitida esta modulada por las senales generadas por la unidad de alimentacion, regulacion y control (2).

Por otra parte, las senales opticas (60) emitidas por otros dispositivos en el entorno de la banda optica son recibidas por los detectores (27) y transmitidas a la unidad de alimentation, regulation y control (2).

El numero de diodos emisores, sus potencias y sus posiciones relativas se determinan por el nivel de iluminacion necesario para establecer la comunicacion con los dispositivos (58). El tipo de elementos situados en las capas opticas activa y pasiva se determinan segun las propiedades deseadas en la luz emitida por los emisores y la recibida por los detectores. El cableado de conexion (3) une la banda optica (1) con la unidad de alimentacion, regulacion y control (2).

Algunos aspectos comunes a los distintos modos de realization son los siguientes:

- El cableado de conexion (3) se compone de cables convencionales, incluyendo aquellos de transmision de la alimentation electrica, los de transmision de senales de control

5 desde la unidad de alimentation, regulation y control a los elementos activos de las bandas, los de transmision de las seriales y datos generados por los detectores y un cable conductor termico para conexion de la lamina disipadora con el elemento disipador de la unidad de alimentation, regulation y control.

10 - En todas sus aplicaciones, la invention actua a partir de la alimentation electrica

proporcionada por la unidad de alimentation, regulation y control (2). Esta alimentation sera de corriente continua, baja tension (12 voltios o 24 voltios), segun el tipo de diodos y otros elementos activos, proporcionada por baterlas, acumuladores o elementos similares dispuestos en la referida unidad. Esta es portatil, operando en corriente continua de baja 15 tension para evitar los posibles riesgos electricos derivados del uso de corriente alterna, permitiendo asl su uso como dispositivo en contacto directo con el cuerpo humano, animales u organismos biologicos, recintos con atmosferas de gases explosivos, inflamables y otros.

20 - Las capas protectoras superior (4) e inferior (11) pueden realizarse en material plastico

de distintos tipos, segun el medio o entorno en el que vayan a disponerse las bandas opticas.

- Los materiales, forma, tamano y disposicion de los elementos y las capas son 25 susceptibles de variaciones que no supongan alteraciones a la esencialidad de la

invencion.

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   REIVINDICACIONES

   1. Dispositivo optico planar multicapa caracterizado porque comprende:

   a) Una banda optica multicapa flexible, moldeable o rigida (1) o conjunto de ellas, estando constituida cada una por las siguientes capas, siendo el orden relativo de las capas componentes como sigue, enumerado desde el espacio hacia donde se emite la luz:

   - Una capa protectora superior (4)

   - Capa optica pasiva (5)

   - Capa optica activa (6)

   - Lamina disipadora termica y de soporte estructural (7)

   - Capa de elementos detectores de luz (9)

   - Capa de elementos emisores de luz (8)

   - Capa magnetica de fijacion o capa plastica con imanes intercalados (10)

   - Una capa protectora inferior (11)

   - Una capa de material adhesivo (12) para su fijacion permanente o temporal.

   b) Unidad de alimentacion, regulation y control (2) y

   c) Conjunto de cableado termico y electrico de conexion (3), para iluminacion, analisis optico, registro de imagenes y control de dispositivos mediante emision, modulation y reception de haces luminosos.
2. 2. Dispositivo optico planar multicapa segun revindication anterior caracterizado porque las capas protectoras superior e inferior se unen por sus lados configurando una envoltura hermetica, cerrada por su perimetro. De esta manera, la banda optica puede usarse en recintos, espacios, cavidades u oquedades rellenos de material fluido o liquidos sin que estos hagan contacto con los elementos y capas contenidos dentro del envoltorio definido por las capas protectoras unidas.
3. 3. Dispositivo optico planar multicapa segun reivindicaciones anteriores caracterizado porque la capa optica pasiva esta constituida por elementos refractantes, reflectantes, difractantes, dispersantes y difusores insertados, grabados o troquelados en una lamina soporte de material adecuado, preferentemente de material plastico.
4. 4. Dispositivo optico planar multicapa segun reivindicaciones anteriores caracterizado porque la capa optica activa esta constituida por un conjunto de elementos planos activos, preferentemente de cristal liquido, moduladores espaciales de luz, obturadores, lentes de forma variable mediante control electrico y filtros regulables insertados en una lamina de soporte flexible en la que se integran los elementos electronicos y cableado necesarios para su correcta alimentacion y control.

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5. 5. Dispositivo optico planar multicapa segun reivindicaciones anteriores caracterizado porque la lamina disipadora termica y de soporte estructural de la banda optica es una cinta de un buen conductor termico, preferentemente metalico, de un espesor que oscila entre 0,05 mm y 3 mm, dotada de huecos en las posiciones de los emisores y los detectores, en contacto directo con los mismos y con la capa optica activa, de manera que permite la disipacion del calor generado por los elementos opticos activos, emisores y detectores hacia la unidad externa de regulation y control.
6. 6. Dispositivo optico planar multicapa segun reivindicacion 5 caracterizado porque la lamina disipadora termica y de soporte estructural es de material de cobre o similar, con un espesor que oscila entre 0,05 mm y 0,5 mm para una banda optica flexible o maleable.
7. 7. Dispositivo optico planar multicapa segun reivindicacion 5 caracterizado porque la lamina disipadora termica y de soporte estructural es de material de aluminio o similar, con un espesor que oscila entre 0,2 mm y 3 mm para una banda optica rlgida.
8. 8. Dispositivo optico planar multicapa segun reivindicaciones anteriores caracterizado porque la capa de elementos emisores de luz consta de un conjunto de diodos emisores de luz (LED) de alta luminosidad o diodos laser (LD), montados de forma superficial (SMD) sobre una cinta soporte, en contacto termico con la lamina disipadora termica, y en la que se integran los elementos electronicos adicionales y cableado necesarios para su correcta alimentacion y control.
9. 9. Dispositivo optico planar multicapa segun reivindicaciones anteriores caracterizado porque la capa de elementos detectores de luz consta de un conjunto de detectores cuyas posiciones estan intercaladas o consecutivas con los elementos emisores, situados sobre su misma capa y en contacto termico con la lamina disipadora termica.
10. 10. Dispositivo optico planar multicapa segun reivindicaciones anteriores caracterizado porque la unidad de alimentation, regulacion y control consta de

    a) una fuente de alimentacion continua de bajo voltaje, preferentemente 12V o 24V, que proporciona la tension y corriente electrica necesarias a los elementos activos de la banda optica conectada con la misma;

    b) un conjunto de elementos disipadores pasivos, tipo aletas, o activos, tipo ventiladores o modulos termoelectricos, que disipan el calor generado por los elementos activos situados en la banda optica, y

    c) la circuiterla electronica que genera, transmite, adapta, y modula las senales de control de las propiedades y caracterlsticas de los elementos opticos activos,

    d) la circuiterla electronica que genera. transmite, adapta, y modula las senales que son convertidas por los diodos emisores en secuencias de pulsos luminosos de la amplitud, frecuencia, longitud de onda, fase y polarization requeridas para conseguir la activation y comunicacion con otros elementos detectores de luz que se encuentren situados en el entorno de la banda que las emite, y

    e) la circuiterla electronica que recibe, decodifica y almacena las senales recibidas por los detectores situados en la banda optica.
11. 11. Dispositivo optico planar multicapa segun reivindicaciones anteriores caracterizado porque el conjunto de cableado termico y electrico de conexion esta dotado de conectores en sus extremos a la banda optica y a la unidad de alimentacion y control que transmiten el calor generado en la banda optica, la alimentacion electrica, las senales de

    5 control y modulacion de la luz emitida y las senales y datos generados por los detectores.
12. 12. Dispositivo optico planar multicapa segun reivindicaciones anteriores caracterizado porque el cableado esta recubierto de material biocompatible y esterilizable para ser reutilizable, reciclable o desechable.

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13. 13. Uso del dispositivo descrito en las reivindicaciones anteriores para la iluminacion, analisis optico, captacion de imagenes y control optico de otros dispositivos, en recintos, cavidades, oquedades y espacios de diflcil acceso, preferentemente en los sectores de automocion, motores y conducciones de gases y fluidos asl como en medicina, cirugla,

    15 odontologla, biologla y veterinaria.