ITTO20120868A1 - PHOTOMETRIC PROBE FOR GONIOPHOTOMETERS OR PHOTOGONOMETERS - Google Patents
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Description
“Sonda fotometrica per goniofotometri o fotogoniometri†⠀ œ Photometric probe for goniophotometers or photogoniometersâ €
La presente invenzione si riferisce ad una sonda di misura fotometrica di nuova concezione, facente parte integrante dello strumento cosiddetto goniofotometro o fotogoniometro (da ora in avanti designato per comodità solo come fotogoniometro), per la misura dell’illuminamento angolare di qualsiasi sorgente luminosa ed apparecchio illuminante. The present invention refers to a new concept photometric measurement probe, which is an integral part of the so-called goniophotometer or photogoniometer instrument (hereinafter designated for convenience only as a photogoniometer), for measuring the angular illuminance of any light source and lighting fixture.
I fotogoniometri sono strumenti di misura (generalmente da laboratorio) che permettono in modo automatico di misurare l’illuminamento di apparecchi illuminati su tutto l’angolo solido del fascio luminoso emesso con passo di misura, che può essere impostato dall’operatore. Con il file numerico ottenuto dalla misura, à ̈ possibile ricostruire il solido fotometrico del fascio luminoso dell’apparecchio, estremamente utile sia per verificare la qualità della luce emessa, sia per simulare in modo realistico gli illuminamenti in scenari in cui l’apparecchio di illuminazione stesso verrebbe applicato. Photogoniometers are measuring instruments (generally laboratory) that automatically measure the illuminance of luminaires illuminated over the entire solid angle of the light beam emitted with a measurement step, which can be set by the operator. With the numerical file obtained from the measurement, it is possible to reconstruct the photometric solid of the luminaire light beam, extremely useful both for checking the quality of the light emitted, and for simulating in a realistic way the lighting in scenarios in which the luminaire lighting itself would be applied.
I fotogoniometri sono fondamentalmente costituiti da una o più sonde di misura fotometrica, che misura(no) l’illuminamento dell’apparecchio luminoso, e da un goniometro robotizzato che serve per cambiare angolo di misura tra sonda di acquisizione e apparecchio illuminante. Il goniometro robotizzato, secondo la tecnologia che si utilizza, può o ruotare l’apparecchio illuminante (in questo caso le sonde di misura fotometrica rimangono fisse per tutta la durata della misura) o ruotare le sonde di misura fotometrica (in questo caso l’apparecchio illuminante rimane fisso per tutta la durata della misura). Photogoniometers are basically made up of one or more photometric measurement probes, which measure (no) the illuminance of the luminaire, and of a robotic goniometer that is used to change the measurement angle between the acquisition probe and the luminaire. The robotic goniometer, according to the technology used, can either rotate the lighting device (in this case the photometric measurement probes remain fixed for the entire duration of the measurement) or rotate the photometric measurement probes (in this case the ™ luminaire remains fixed for the entire duration of the measurement).
I fotogoniometri vengono suddivisi in quattro categorie, a seconda del tipo di rotazione dell’apparecchio illuminate o delle sonde di acquisizione fotometrica: Photogoniometers are divided into four categories, depending on the type of rotation of the illuminated luminaire or of the photometric acquisition probes:
Tipo 1.1 Type 1.1
Asse orizzontale fisso, asse verticale mobile Fixed horizontal axis, movable vertical axis
Tipo 1.2 Type 1.2
Asse verticale fisso, asse orizzontale mobile Fixed vertical axis, movable horizontal axis
Tipo 1.3 Type 1.3
Asse verticale fisso, asse orizzontale mobile Fixed vertical axis, movable horizontal axis
Tipo 2 Type 2
La sorgente luminosa ruota attorno un asse verticale e la sonda di acquisizione fotometrica à ̈ mobile The light source rotates around a vertical axis and the photometric acquisition probe is mobile
Tipo 3 Type 3
La sorgente luminosa ruota attorno a un asse verticale, un sistema a specchio attorno a un asse orizzontale. La sonda di acquisizione fotometrica à ̈ fissa The light source rotates around a vertical axis, a mirror system around a horizontal axis. The photometric acquisition probe is fixed
Tipo 4 Type 4
La sorgente luminosa à ̈ fissa e può essere montata in qualsiasi posizione di funzionamento The light source is fixed and can be mounted in any operating position
La sonda di acquisizione fotometrica si muove sulla superficie di una sfera virtuale, il cui centro coincide con il centro fotometrico della sorgente luminosa. The photometric acquisition probe moves on the surface of a virtual sphere, the center of which coincides with the photometric center of the light source.
La misura dell’illuminamento con un fotogoniometro à ̈ chiamata misura fotometrica e la sua procedura di realizzazione per essere convalidata ed assoggettata a diverse normative nazionali ed internazionali. The measurement of illuminance with a photogoniometer is called photometric measurement and its implementation procedure to be validated and subjected to various national and international regulations.
Tra le numerose indicazioni ed i vincoli che le normative impongono per eseguire una misura fotometrica, una delle più vincolanti, da un punto di vista dell’ingombro della strumentazione, à ̈ la minima distanza che deve essere rispettata tra l’apparecchio luminoso da misurare e la sonda di acquisizione fotometrica. Among the numerous indications and constraints that the regulations impose to perform a photometric measurement, one of the most binding, from the point of view of the overall dimensions of the instrumentation, is the minimum distance that must be respected between the luminaire to be measure and the photometric acquisition probe.
La normativa UNI EN 13031-1 impone che, affinché la sorgente o l’apparecchio luminoso da misurare sia considerato puntiforme rispetto alla sonda di acquisizione fotometrica, il rapporto tra il diametro dell’apertura di uscita della luce dall’apparecchio (che nel seguito indicheremo con D) rispetto alla distanza tra il centro fotometrico dell’apparecchio illuminante e la superficie che si considera di ingresso della luce nelle sonde sonde di acquisizione fotometrica (che nel seguito indicheremo con L), sia minore di 1/5 (D/L<1/5). The UNI EN 13031-1 standard requires that, in order for the light source or luminaire to be measured to be considered point-like with respect to the photometric acquisition probe, the ratio between the diameter of the light exit opening from the luminaire ( which in the following we will indicate with D) with respect to the distance between the photometric center of the lighting device and the surface considered as the entry of light into the probes photometric acquisition probes (which in the following we will indicate with L), is less than 1/5 (D / L <1/5).
Questo comporta che, per apparecchi illuminanti molto voluminosi, il vincolo della distanza L possa essere pari a molti metri, con tutti i problemi di ingombro che ne conseguono, tra i quali il principale à ̈ sicuramente il locale (laboratorio) di misura. This implies that, for very bulky lighting devices, the distance constraint L can be equal to many meters, with all the resulting overall problems, among which the main one is certainly the measurement room (laboratory).
Questo, da un punto di vista realizzativo, à ̈ un problema molto serio, dato che molte aziende che producono apparecchi illuminanti ingombranti molto spesso non hanno spazio sufficiente per costruire laboratori fotometrici adeguati, e debbono rinunciare all’utilizzo di un fotogoniometro, affidando le misure a terzi, con relativo aggravio di costi e di tempo. This, from a manufacturing point of view, is a very serious problem, given that many companies that produce bulky lighting fixtures very often do not have enough space to build adequate photometric laboratories, and have to give up the use of a photogoniometer, entrusting the measures to third parties, with relative increase in costs and time.
Una delle soluzioni adottate per ovviare almeno parzialmente a questo problema à ̈ quella di utilizzare uno specchio solidale con il sistema di rotazione dell’apparecchio illuminante, tale che la sonda di acquisizione fotometrica misuri non la luce diretta del flusso luminoso ma la luce riflessa dallo specchio stesso. Con questa soluzione, la sonda di acquisizione fotometrica misura la luce dell’immagine dell’apparecchio illuminante che si trova ad una distanza virtuale (che in seguito chiameremo L’) maggiore rispetto alla distanza dell’apparecchio illuminate reale ma con un ingombro del fotogoniometro che risulta decisamente più compatto rispetto a uno senza specchio dove L=L’. One of the solutions adopted to at least partially obviate this problem is to use a mirror integral with the rotation system of the lighting fixture, such that the photometric acquisition probe measures not the direct light of the luminous flux but the light reflected by the mirror itself. With this solution, the photometric acquisition probe measures the light of the image of the lighting device which is located at a virtual distance (which we will later call Lâ € ™) greater than the distance of the real illuminated device but with a size of the photogoniometer which is decidedly more compact than one without a mirror where L = Lâ € ™.
Questa soluzione, per avendo il vantaggio sopra descritto, presenta comunque svantaggi non indifferenti. This solution, having the advantage described above, however, has significant disadvantages.
La distanza tra la sonda fotometrica di acquisizione e l’immagine dell’apparecchio illuminante (il cui diametro della bocca di uscita di seguito verrà indicato con D’), pur essendo maggiore della distanza rispetto all’apparecchio illuminante reale, lo à ̈ ma non di tanto, perché, come si vedrà in seguito, questa lunghezza à ̈ limitata dalla legge di riflessione di uno specchio piano. Proprio per le proprietà ottiche dello specchio piano D=D’, e quindi L’/D’<L/D, ma non di troppo. The distance between the photometric acquisition probe and the image of the lighting fixture (whose diameter of the outlet will be indicated below with Dâ € ™), even if it is greater than the distance compared to the real lighting fixture, It is but not so much, because, as we will see later, this length is limited by the law of reflection of a plane mirror. Precisely for the optical properties of the flat mirror D = Dâ € ™, and therefore Lâ € ™ / Dâ € ™ <L / D, but not too much.
Lo specchio per raccogliere tutta la luce dell’apparecchio illuminato per quella specifica direzione deve essere molto grande, e quindi pesante ed ingombrante, creando di conseguenza problemi sia di spazio, sia di movimentazione dello stesso. The mirror to collect all the light of the luminaire illuminated for that specific direction must be very large, and therefore heavy and bulky, consequently creating problems of both space and movement of the same.
Per minimizzare errori di misura dovuta ad una immagine otticamente aberrata o geometricamente posizionata non correttamente, lo specchio deve avere un elevato grado di planarità e di finitura della superficie riflettente, con conseguente incremento dei costi. Il fotogoniometro con specchio movimentato à ̈ infatti in assoluto lo strumento più costoso. To minimize measurement errors due to an optically aberrated or geometrically incorrectly positioned image, the mirror must have a high degree of flatness and finish of the reflective surface, with a consequent increase in costs. The photogoniometer with moving mirror is in fact by far the most expensive instrument.
Scopo della presente invenzione à ̈ risolvere i suddetti problemi della tecnica anteriore, prevedendo la realizzazione di una sonda fotometrica per misurare l’illuminamento di qualsiasi apparecchio luminoso e sorgente luminosa che, grazie ad un sistema ottico rifrattivo integrato nella sonda stessa, permetta di diminuire in modo sensibile il rapporto tra il diametro dell’apertura di uscita della luce dell’immagine dell’apparecchio (che nel seguito sarà indicata con D’’) rispetto alla distanza tra il centro fotometrico dell’immagine dell’apparecchio illuminante e le sonde di acquisizione fotometrica (distanza che nel seguito sarà indicata con L’’). The purpose of the present invention is to solve the aforementioned problems of the prior art, providing for the realization of a photometric probe to measure the illuminance of any luminous device and light source which, thanks to a refractive optical system integrated in the probe itself, allows to decrease significantly the ratio between the diameter of the light exit aperture of the image of the luminaire (which will be referred to in the following as Dâ € ™ â € ™) compared to the distance between the photometric center of the image of the luminaire Lighting fixture and the photometric acquisition probes (distance which will be indicated in the following as Lâ € ™ â € ™).
Il suddetto scopo à ̈ raggiunto dalla presente invenzione in quanto, rispetto alla soluzione del fotogoniometro a specchio rotante, essa presenta innanzitutto il vantaggio che il sistema ottico a rifrazione integrato nella sonda fotometrica di acquisizione à ̈ molto più compatto e leggero rispetto allo specchio piano rotante. The aforesaid object is achieved by the present invention since, with respect to the solution of the rotating mirror photogoniometer, it first of all has the advantage that the refraction optical system integrated in the photometric acquisition probe is much more compact and lighter than the rotating plane mirror. .
La presente invenzione permette inoltre di realizzare fotogoniometri molto più compatti perché, a parità di distanza L, à ̈ possibile, agendo sulla focale del sistema ottico integrato alla sonda di acquisizione, avere un rapporto D’’/L’’ molto minore rispetto a D’/L’ dei fotogoniometri a specchio. The present invention also allows the creation of much more compact photogoniometers because, at the same distance L, it is possible, by acting on the focal length of the optical system integrated with the acquisition probe, to have a Dâ € ™ â € ™ / Lâ € ™ ratio Much smaller than Dâ € ™ / Lâ € ™ of mirror photogoniometers.
La presente invenzione à ̈ anche decisamente meno costosa, e può essere integrata in qualsiasi delle tipologie di fotogoniometri sopra descritti. The present invention is also decidedly less expensive, and can be integrated into any of the types of photogoniometers described above.
I suddetti ed altri scopi e vantaggi dell’invenzione, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con una sonda fotometrica per goniofotometri o fotogoniometri come quella descritta nella rivendicazione 1. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l’oggetto delle rivendicazioni dipendenti. The above and other objects and advantages of the invention, as will emerge from the following description, are achieved with a photometric probe for goniophotometers or photogoniometers such as the one described in claim 1. Preferred embodiments and non-trivial variants of the present invention form the ™ subject of dependent claims.
Resta inteso che tutte le rivendicazioni allegate formano parte integrante della presente descrizione. It is understood that all the attached claims form an integral part of the present description.
Per una migliore comprensione della presente invenzione, sarà descritta nel seguito una forma preferita di attuazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati nei quali: For a better understanding of the present invention, a preferred embodiment will be described below, purely by way of non-limiting example and with reference to the attached drawings in which:
- la figura 1 à ̈ una rappresentazione schematica di un fotogoniometro di tipo T1.1 a cui si può applicare la sonda della presente invenzione; - figure 1 is a schematic representation of a T1.1 type photogoniometer to which the probe of the present invention can be applied;
- la figura 2 à ̈ una rappresentazione schematica di un fotogoniometro di tipo T4 a cui si può applicare la sonda della presente invenzione; - figure 2 is a schematic representation of a T4 type photogoniometer to which the probe of the present invention can be applied;
- la figura 3 Ã ̈ una rappresentazione schematica di un fotogoniometro a specchio noto; - figure 3 is a schematic representation of a known mirror photogoniometer;
- la figura 4 Ã ̈ la rappresentazione schematica di una sonda tradizionale di acquisizione fotometrica; - figure 4 is the schematic representation of a traditional photometric acquisition probe;
- la figura 5 Ã ̈ la rappresentazione schematica della sonda di acquisizione fotometrica della presente invenzione; e - figure 5 is the schematic representation of the photometric acquisition probe of the present invention; And
- la figura 6 esplicita lo schema di funzionamento della sonda della presente invenzione. - figure 6 explains the operating diagram of the probe of the present invention.
Facendo riferimento alle Figure, à ̈ illustrata e descritta una forma di realizzazione preferita della sonda fotometrica per goniofotometri o fotogoniometri della presente invenzione. Risulterà immediatamente ovvio che si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalità equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate. With reference to the Figures, a preferred embodiment of the photometric probe for goniophotometers or photogoniometers of the present invention is illustrated and described. It will be immediately obvious that innumerable variations and modifications (for example relating to shape, dimensions, arrangements and parts with equivalent functionality) can be made to what has been described without departing from the field of protection of the invention as shown in the attached claims.
La figura 1 à ̈ una rappresentazione schematica di un fotogoniometro di tipo T1.1, in cui si evidenziano: l'apparecchio illuminante 1 posto sul goniometro 2, la sonda fotometrica di acquisizione 3 sul supporto 4, la distanza L e il diametro D dell’apparecchio come precedentemente definiti. Figure 1 is a schematic representation of a T1.1 type photogoniometer, which shows: the lighting device 1 placed on the goniometer 2, the acquisition photometric probe 3 on the support 4, the distance L and the diameter D of the € ™ appliance as previously defined.
La figura 2 à ̈ una rappresentazione schematica di un fotogoniometro di tipo T4 in cui si evidenziano: l'apparecchio illuminante 1 fissato sul supporto 2, le sonde fotometriche di acquisizione 3 posizionate su un arco mobile che ruota intorno all'asse del centro fotometrico 4, la distanza L e il diametro D dell’apparecchio già precedentemente definiti essendo simili a quelli di figura 1. Figure 2 is a schematic representation of a T4 type photogoniometer showing: the lighting fixture 1 fixed on the support 2, the acquisition photometric probes 3 positioned on a mobile arc that rotates around the axis of the photometric center 4 , the distance L and the diameter D of the device already defined previously being similar to those of figure 1.
La figura 3 à ̈ una rappresentazione schematica di un fotogoniometro a specchio in cui si evidenziano: l'apparecchio illuminante 1 fissato su un supporto girevole 2 che ruota intorno all'asse 3, lo specchio piano 4 che ruota intorno all'asse 5 e crea l'immagine virtuale 6 dell’apparecchio 1 secondo le leggi della riflessione, la sonda di acquisizione 7 fissa, la distanza L' e il diametro D' dell’immagine dell’apparecchio illuminante dell’apparecchio, già precedentemente definiti. Figure 3 is a schematic representation of a mirror photogoniometer showing: the lighting fixture 1 fixed on a rotating support 2 that rotates around the axis 3, the flat mirror 4 that rotates around the axis 5 and creates the virtual image 6 of the luminaire 1 according to the laws of reflection, the acquisition probe 7 fixed, the distance L 'and the diameter D' of the image of the luminaire of the luminaire, previously defined.
La figura 4 à ̈ la rappresentazione schematica di una sonda tradizionale di acquisizione fotometrica, in cui si riportano: la prima superficie su cui incide la luce, che à ̈ la superficie esterna 1' del diffusore 1’’, il pacchetto di filtri ottici (UV, IR e V(λ)) 2, 3, 4, che selezionano la potenza e la lunghezza d’onda della luce uscente dalla superficie 4'. Figure 4 is the schematic representation of a traditional photometric acquisition probe, which shows: the first surface on which the light affects, which is the external surface 1 'of the diffuser 1â € ™ â € ™, the package of optical filters (UV, IR and V (Î »)) 2, 3, 4, which select the power and wavelength of the light exiting the surface 4 '.
I filtri 2, 3, 4 del pacchetto devono essere tali da simulare nel miglior modo possibile la risposta di sensibilità dell’occhio alla luce in funzione della lunghezza d’onda. The filters 2, 3, 4 of the packet must be such as to simulate in the best possible way the sensitivity response of the eye to light as a function of the wavelength.
Il sensore fotosensibile 5 (che può essere un sensore in silicio, un CMOS, un CCD, ecc.) raccoglie la luce in uscita dalla superficie 4' e la trasforma in un segnale elettrico (o in corrente o in frequenza). The photosensitive sensor 5 (which can be a silicon sensor, a CMOS, a CCD, etc.) collects the light exiting the surface 4 'and transforms it into an electrical signal (either in current or in frequency).
Dal segnale elettrico (analogico o digitale) à ̈ possibile desumere la quantità di luce incidente sulla superficie 1' (illuminamento) in unità fotometriche ovvero come quantità di luce che percepirebbe l’occhio umano. From the electrical signal (analogue or digital) it is possible to deduce the quantity of light incident on the surface 1 '(illuminance) in photometric units or as the quantity of light that the human eye would perceive.
La figura 5 à ̈ una rappresentazione schematica della sonda di acquisizione fotometrica di nuova concezione della presente invenzione. In figura 5 sono illustrati il sistema ottico 11, il piano immagine (virtuale) 12 del sistema ottico 11 (dove si forma l’immagine dell’apparecchio illuminante), il diffusore di luce 13, il pacchetto di filtri ottici (UV, IR e V(λ)) 14, 15, 16 ed infine il sensore fotosensibile 17 (che può essere un sensore in silicio, un CMOS, un CCD ecc.). Figure 5 is a schematic representation of the newly developed photometric acquisition probe of the present invention. Figure 5 illustrates the optical system 11, the (virtual) image plane 12 of the optical system 11 (where the image of the lighting device is formed), the light diffuser 13, the package of optical filters (UV, IR and V (Î »)) 14, 15, 16 and finally the photosensitive sensor 17 (which can be a silicon sensor, a CMOS, a CCD, etc.).
La figura 6 esplicita lo schema di funzionamento della presente invenzione. L’apparecchio di illuminazione 1 à ̈ posto ad una distanza L dal sistema ottico 11 della sonda di acquisizione fotometrica della presente invenzione. Il sistema ottico 11 à ̈ progettato in modo tale per cui si crea un’immagine A reale e di dimensioni ridotte dell’apparecchio di illuminazione 1 sul relativo piano immagine del sistema ottico 11 e all’interno della sonda fotometrica di acquisizione. Il diffusore 13, eventualmente il pacchetto di filtri 14, 15, 16 (la cui posizione nella figura à ̈ solo rappresentativa, perché può essere sia a monte che a valle del piano immagine) ed il sensore foto-voltaico 17, sono posti ad una distanza dal piano immagine tale per cui il rapporto tra il diametro D’’ e la distanza L’’ sia minore di 1/5 anche e soprattutto se D/L à ̈ maggiore o molto maggiore di 1/5. Figure 6 explains the operating scheme of the present invention. The lighting apparatus 1 is placed at a distance L from the optical system 11 of the photometric acquisition probe of the present invention. The optical system 11 is designed in such a way that a real and reduced-size image A of the lighting fixture 1 is created on the relative image plane of the optical system 11 and inside the photometric acquisition probe. The diffuser 13, possibly the pack of filters 14, 15, 16 (whose position in the figure is only representative, because it can be both upstream and downstream of the image plane) and the photovoltaic sensor 17, are placed at a distance from the image plane such that the ratio between the diameter Dâ € ™ â € ™ and the distance Lâ € ™ â € ™ is less than 1/5 even and especially if D / L is greater or much greater than 1 / 5.
L’esempio che segue permette di verificare la consistenza dell’invenzione, ovvero un caso dove D†/L†à ̈ minore di 1/5 mentre D/L à ̈ maggiore di 1/5. The following example allows to verify the consistency of the invention, that is a case where Dâ € / L is less than 1/5 while D / L is greater than 1/5.
In tale esempio, si consideri un apparecchio illuminante con D=500mm e L=1500mm per cui D/L=0.333 molto maggiore di 1/5. In this example, consider a lighting fixture with D = 500mm and L = 1500mm for which D / L = 0.333 much greater than 1/5.
Se il sistema ottico della presente invenzione ha una focale posteriore di 11.02 mm, dalle leggi della ottica si può facilmente verificare che tale sistema formerà un’immagine dell’apparecchio illuminante ridotta di circa 104 volte, distante 11.120 mm dalla superficie uscente dell’ultima lente. Ciò significa D†=4.783mm. If the optical system of the present invention has a back focal length of 11.02 mm, from the laws of optics it can easily be verified that this system will form an image of the lighting device reduced by approximately 104 times, 11,120 mm away from the exiting surface of the ™ latest lens. This means Dâ € = 4.783mm.
Se ora la presente invenzione ha il diffusore ad una distanza L†>6*5.783=34.698 mm, si ha D†/L†<1/5 e quindi la normativa sarebbe pienamente rispettata. If now the present invention has the diffuser at a distance L⠀> 6 * 5.783 = 34.698 mm, we have D⠀ / L⠀ <1/5 and therefore the legislation would be fully respected.
Come si evince dall’esempio suddetto, i numeri riportati evidenziano dimensioni di apparecchi illuminanti reali e di una sonda (presente invenzione) assolutamente compatta e quindi integrabile in qualsiasi tipo di fotogoniometro. As can be seen from the above example, the numbers shown show the dimensions of real lighting devices and of a probe (present invention) which is absolutely compact and therefore can be integrated into any type of photogoniometer.
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2012
- 2012-10-05 IT IT000868A patent/ITTO20120868A1/en unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
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