FR3003011A1 - Dispositif d'eclairage a asservissement en luminance - Google Patents
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Abstract
Un dispositif d'éclairage (1) opératoire comprenant un module de lumière (5) destiné à éclairer un champ opératoire (2) avec une certaine intensité lumineuse réglable et une unité de contrôle/commande (8) apte à faire varier l'intensité lumineuse de l'éclairage du module de lumière (5), est caractérisé en ce que l'unité de contrôle/commande est connectée à un capteur de distance (10) destiné à mesurer une distance entre le module de lumière et le champ opératoire et à un capteur de luminance (11) destiné à mesurer une luminance du champ opératoire (2) quand il est éclairé par le module de lumière (5), et en ce que l'unité de contrôle/commande (8) est agencée pour relever des valeurs de mesure de distance et de luminance fournies par lesdits capteurs et pour calculer une valeur de luminance corrigée en corrigeant la valeur de luminance mesurée avec un facteur de correction de mesure préalablement enregistré en mémoire en correspondance avec une distance, et régler ladite intensité lumineuse à partir de cette valeur de luminance corrigée pour maintenir une luminance du champ opératoire constante même quand le champ opératoire (2) est approché ou éloigné du module de lumière (5).
Description
Domaine technique Le domaine de l'invention est celui des dispositifs d'éclairage ou luminaires utilisés notamment dans les salles d'opération chirurgicale. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif d'éclairage comprenant un module de lumière destiné à éclairer un champ opératoire avec une certaine intensité lumineuse réglable et une unité de contrôle/commande apte à faire varier l'intensité lumineuse de l'éclairage. Technique antérieure La plupart des dispositifs d'éclairage pour salles d'opération chirurgicale sont réglés pour fournir un éclairage de forte intensité lumineuse sur toute l'étendue d'un champ opératoire de manière à garantir une bonne visibilité du chirurgien pendant l'opération. Il est bien connu qu'un éclairage à trop forte intensité lumineuse peut éblouir, mais également fatiguer et dégrader la vision du chirurgien. C'est la raison pour laquelle les dispositifs d'éclairage opératoire sont généralement équipés d'un système de réglage de l'intensité lumineuse pour diminuer ou augmenter l'intensité lumineuse. Il existe des dispositifs d'éclairage plus sophistiqués, comme celui décrit dans le brevet US 6 964 490 conçu pour éclairer un champ opératoire plus ou moins grand, d'un éclairement constant. Le dispositif mesure le diamètre de la tâche d'éclairement sur le champ opératoire, afin d'augmenter le flux lumineux dans le cas où une grande tâche d'éclairement est présente ou de diminuer le flux lumineux en présence d'une petite tâche d'éclairement.
Le dispositif d'éclairage décrit dans la demande de brevet FR 0 956 604 décrit aussi un dispositif d'éclairage qui modifie l'éclairement du champ opératoire de façon à ce que la luminance mesurée par un capteur de luminance soit égale à une consigne de luminance (à une valeur de tolérance prêt). Ce capteur peut être constitué d'une caméra CCD, d'une photodiode avec optique conjuguant la photodiode et le champ opératoire ou tout autre capteur permettant une mesure de luminance.
La mesure de la luminance effectuée dans ces dispositifs n'est pas adaptée à un déplacement du champ opératoire par rapport au module de lumière. En effet la luminance mesurée dépend de la distance de mesure ou de travail. La luminance est mesurée dans une zone moyenne dont la taille varie avec la distance de mesure. La zone mesurée est une tache petite à faible distance de travail, qui augmente lorsque la distance entre l'éclairage et le champ opératoire augmente. Or l'éclairement d'un éclairage est plus important au centre de la tâche qu'en périphérie. Par conséquent, la luminance moyenne est d'autant plus élevée que la zone de mesure est petite. Le dispositif ne fournira donc pas la même luminance selon la distance de travail. Lors de toute intervention chirurgicale, le module de lumière est fréquemment déplacé par le chirurgien mais aussi la table d'opération et donc le champ opératoire. Il y a donc pendant une intervention chirurgicale un certain nombre de déplacements relatifs entre le champ opératoire et le module d'éclairage ce qui fait que la luminance du champ opératoire peut varier en conséquence de manière importante. Exposé de l'invention La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient et de proposer un dispositif d'éclairage apte à asservir l'éclairage du champ opératoire pour que la luminance du champ opératoire reste constante quelque soient les changements de la distance de travail entre le champ opératoire et l'éclairage.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'éclairage opératoire comprenant un module de lumière destiné à éclairer un champ opératoire avec une certaine intensité lumineuse réglable et une unité de contrôle/commande apte à faire varier l'intensité lumineuse de l'éclairage du module de lumière, caractérisé en ce que l'unité de contrôle/commande est connectée à un capteur de distance destiné à mesurer une distance entre le module de lumière et le champ opératoire et à un capteur de luminance destiné à mesurer une luminance du champ opératoire quand il est éclairé par le module de lumière, et en ce que l'unité de contrôle/commande est agencée pour relever des valeurs de mesure de distance et de luminance fournies par lesdits capteurs et pour calculer une valeur de luminance corrigée en corrigeant la valeur de luminance mesurée avec un facteur de correction de mesure préalablement enregistré en mémoire en correspondance avec une distance, et régler ladite intensité lumineuse à partir de cette valeur de luminance corrigée pour maintenir une luminance du champ opératoire constante même quand le champ opératoire est approché ou éloigné du module de lumière. Cet agencement contribue donc à améliorer la visibilité du chirurgien pendant l'opération par asservissement de la luminance. Le dispositif selon l'invention peut avantageusement présenter les particularités suivantes : - il comprend plusieurs capteurs de distance destinés à fournir chacun une valeur de distance mesurée entre le module de lumière et le champ opératoire, ce qui permet de fiabiliser les mesures de distance; - il comprend plusieurs capteurs de luminance destinés à fournir chacun une valeur de luminance du champ opératoire quand il est éclairé par le module de lumière, ce qui permet de fiabiliser les mesures de luminance; - ladite unité de contrôle/commande est conçue pour moyenner plusieurs valeurs de mesure de distance et/ou plusieurs valeurs de mesure de luminance pour calculer une valeur de luminance corrigée; - chaque capteur de luminance est constitué d'une photodiode et d'une lentille ayant la photodiode pour foyer; - chaque capteur de distance est adapté pour estimer une distance via une bande spectrale choisie parmi les ultrasons, les rayonnements visibles, infrarouges, ou électromagnétiques. Avec plusieurs capteurs de mesure de distance et de luminance répartis sur la périphérie du module de lumière par exemple, on peut réduire le risque de mesure de valeurs aberrantes, par exemple à cause d'obstacles entre les capteurs et le champ opératoire (tête du chirurgien par exemple) ou dans le champ d'éclairage. Présentation sommaire des dessins La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif d'éclairage selon l'invention Description des modes de réalisation Le dispositif d'éclairage 1 selon l'invention est représenté schématiquement sur la figure 1. Il permet un contrôle de l'éclairage en maintenant une luminance constante même dans le cas où le champ opératoire 2 est déplacé plusieurs fois par rapport au module de lumière pendant par exemple une intervention chirurgicale. Sur la figure 1, le dispositif d'éclairage 1 comprend une coupole d'éclairage 3 suspendue au plafond de la salle d'opération chirurgicale, par exemple par l'intermédiaire d'un bras de suspension articulé 4. La coupole d'éclairage 3 peut comprendre un ou plusieurs modules de lumière 5 ici à diodes électroluminescentes 6 ou LEDs qui produisent chacun une lumière avec une intensité lumineuse réglable, par exemple en faisant varier l'intensité du courant d'alimentation des LEDs.
Le dispositif d'éclairage 1 comprend en outre une interface homme/machine 7 permettant à un utilisateur, ici le chirurgien, de régler l'intensité lumineuse du module d'éclairage. L'interface homme/machine 7 fait partie d'une unité de contrôle/commande 8 du type micro ordinateur programmable qui pilote un bloc d'alimentation 9 en courant électrique pour les LEDs.
Selon l'invention, l'unité de contrôle/commande 8 est connectée à au moins un capteur de distance 10 et un capteur de luminance 11 placés dans la coupole. L'interface homme/machine 7, peut être dans le cas présent un écran tactile, qui affiche différents niveaux d'intensité lumineuse par exemple sous la forme ici de barres ayant des tailles croissantes pouvant être sélectionnées individuellement par le chirurgien. Le capteur de distance 10, fonctionne de préférence sans contact, et de manière non intrusive et non destructive par rapport à la lumière émise par les LEDs 6. Le capteur de distance 10 est par exemple conçu pour utiliser une bande spectrale choisie parmi les ultrasons, les rayonnements visibles, infrarouges ou électromagnétiques comme les ondes radios (bande ISM (industrial, scientific and medical), 22Ghz,77Ghz etc..). Le capteur de distance 10 peut être conçu pour fonctionner par triangulation. Par exemple, un émetteur infrarouge génère un spot sur le champ opératoire et la position du spot est repérée par le capteur de distance 10. Cette position est directement liée à la distance du spot, du fait de la position de l'émetteur par rapport au capteur de distance 10. Le capteur de distance fournit à l'unité de contrôle/commande une valeur de la distance D entre la coupole et le champ opératoire quand la coupole éclaire ce champ opératoire comme montré sur la figure 1. Le champ opératoire est par exemple constitué d'une partie de surface du corps du malade allongé sur la table d'opération éclairée par la coupole. Le capteur de luminance 11 peut être constitué par exemple d'une photodiode et d'une lentille, non représentées, ayant la photodiode pour foyer. Dans ce type de capteur, la distance focale est définie pour une zone d'acceptance par exemple à 1m de l'ensemble photodiode/lentille et avec une zone de mesure ayant un certain diamètre de référence, par exemple 10cm. On a dans ce cas un angle d'acceptance de 0,01 radians qui correspond sensiblement au rapport entre la distance de lm et le diamètre de la zone de 10cm. Donc si la zone de travail du capteur augmente ou diminue par rapport à la distance de travail de référence, ici 1m, alors le capteur va fournir une luminance mesurée surévaluée ou sous évaluée car à plus de 1m, le capteur mesure dans une zone de travail plus grande qui apparaît donc moins éclairée que pour la zone de travail de référence et à moins de 1m, le capteur mesure dans une zone de travail plus petite qui apparaît donc plus éclairée. Selon l'invention, en mémoire 12 dans l'unité de contrôle/commande 8 sont enregistrées des données de correction de mesure de luminance pour corriger la luminance mesurée par le capteur de luminance 11 quand la distance D varie, par exemple entre 0,8m et 1,4m. Ces données de correction de mesure sont enregistrés dans une table 13 sous la forme d'une série de valeurs (facteurs) de correction de mesure mises respectivement en correspondance avec une série de distances différentes (différentes distances possibles entre le module de lumière et le champs opératoire) comme présenté par l'exemple ci-dessous : Table 13 Valeur de correction (k) Distance en mètre (d) 0,77 0,8 0,85 0,9 1 1 1,16 1,1 1,42 1,2 1,62 1,3 1,82 1,4 Chaque valeur de correction peut être obtenue par modélisation, simulation ou encore par une campagne de mesures de terrain.
Plus particulièrement, pour un capteur de luminance ayant ses propres caractéristiques d'angle d'acceptance et donc de distance de référence de travail et de diamètre de zone de travail de référence, par exemple un angle de 0,01 radian à 1 mètre pour une zone de travail de 10cm de diamètre. On fait une campagne de mesures en mesurant un éclairement moyen dans la zone de travail du capteur pour différentes distances de mesure, à l'aide d'un luxmètre par exemple. Par exemple, à une distance de 0,8m ce qui correspond à une zone de travail 8cm de diamètre (angle d'acceptance x distance de travail), on fait plusieurs points de mesure dans cette zone avec le luxmètre. On obtient par exemple 65000 lux. On mesure ensuite l'éclairement mais en plusieurs points d'une zone de travail de 10cm de diamètre placée toujours à 0,8m du capteur. On obtient 50000 lux par exemple. La valeur de correction de mesure pour cette distance de 0,8 m sera donc un facteur k égal au rapport 50000/65000= 0,77. On répète cette campagne de mesures pour une autre distance de travail par exemple 1,2m ce qui correspond à une de zone de travail de 12cm de diamètre. On obtient 38000Iux pour la zone de travail de 12cm de diamètre et 54000Iux pour la zone de travail de 10cm de diamètre. La valeur de correction de mesure est donc égale à 1,42. On procède de la même façon pour obtenir d'autres valeurs de correction de mesure de luminance k correspond à autant d'autres distances de travail d.
La table 13 de valeurs de correction de mesure k et de distances de travail d est donc préalablement enregistrée en mémoire dans l'unité de contrôle/commande 8 avant le relevé des valeurs de mesure de distance D et de luminance L par les capteurs 10 et 11. Le fonctionnement de l'unité de contrôle/commande 8 est le suivant.
Le dispositif d'éclairage est mis en route, la coupole est orientée en direction du champ opératoire et le chirurgien règle la puissance lumineuse souhaitée de l'éclairage à l'aide de l'interface 7. A ce moment là, le capteur de luminance 11 fournit une valeur de luminance mesurée L qui est enregistrée comme valeur de luminance de consigne LCons en mémoire 12.
Par exemple le capteur de luminance 11 fournit une valeur de 2800cd/m2.
Le processus cyclique de relevé des valeurs de mesure de distance et de luminance D, L se met alors par exemple en boucle à intervalles de temps réguliers successifs, par exemple 10 fois par seconde. A chaque cycle, un couple de valeurs de mesure L, D est relevé par l'unité 8. L'unité 8 balaie la table de correspondance 13 pour identifier la distance de travail d dans la table 13 qui est la plus proche de la distance D mesurée. Par association, l'unité 8 détermine la valeur de correction de mesure de luminance k, par exemple le facteur k=0,77 pour 0,8m, et corrige donc la valeur de luminance mesurée L, par exemple 3000cd/m2, avec le facteur de correction de mesure k=0,77, pour obtenir une valeur de luminance corrigée LCor égale ici àLxk = 2310cd/m2. Ensuite, l'unité 8 calcule l'écart entre la luminance de consigne LCons et la luminance corrigée LCor et commande l'alimentation 9 pour augmenter ou diminuer l'intensité de l'éclairage afin de compenser cet écart de luminance pour arriver à la valeur de luminance de consigne, la luminance du champ opératoire étant considérée par ailleurs globalement proportionnelle à l'éclairement du champ opératoire. A chaque cycle de mesure et donc à chaque intervalle de temps, l'unité 8 calcule une nouvelle valeur de luminance corrigée et applique un réglage d'intensité lumineuse sur l'éclairage pour maintenir la luminance du champ opératoire constante malgré des mouvements de celui-ci par rapport à l'éclairage. Sans sortir du cadre de l'invention, les intervalles de temps entre chaque mesure sont par exemple suffisamment rapprochés pour permettre une correction de luminance en temps réel.
Selon l'invention le dispositif d'éclairage peut comprendre plusieurs capteurs de distance 10 et/ou plusieurs capteurs de luminance 11 pour fiabiliser le réglage. Dans ce cas, à chaque cycle, l'unité 8 relève plusieurs valeurs de mesure de distance et/ou plusieurs valeurs de mesure de luminance. Ces différentes valeurs de mesure peuvent être moyennées mais aussi filtrées pour éliminer les valeurs aberrantes.
Sans sortir du cadre de l'invention, dans la coupole on peut avoir plusieurs modules de lumière répartis par exemple en quartier et pourvu chacun d'un capteur de distance et d'un capteur de luminance, afin de répartir les mesures sur différentes zones du champ opératoire ce qui contribue à la fiabilisation de l'asservissement en luminance. Il va de soi que le dispositif d'éclairage à asservissement en luminance selon l'invention peut subir des modifications par rapport à la description qui précède d'un de ses modes de réalisation sans pour autant sortir du cadre de l'invention.10
Claims (6)
- REVENDICATIONS1. Dispositif d'éclairage (1) opératoire comprenant un module de lumière (5) destiné à éclairer un champ opératoire (2) avec une certaine intensité lumineuse réglable et une unité de contrôle/commande (8) apte à faire varier l'intensité lumineuse de l'éclairage du module de lumière (5), caractérisé en ce que l'unité de contrôle/commande est connectée à un capteur de distance (10) destiné à mesurer une distance entre le module de lumière et le champ opératoire et à un capteur de luminance (11) destiné à mesurer une luminance du champ opératoire (2) quand il est éclairé par le module de lumière (5), et en ce que l'unité de contrôle/commande (8) est agencée pour relever des valeurs de mesure de distance et de luminance fournies par lesdits capteurs et pour calculer une valeur de luminance corrigée en corrigeant la valeur de luminance mesurée avec un facteur de correction de mesure préalablement enregistré en mémoire en correspondance avec une distance, et régler ladite intensité lumineuse à partir de cette valeur de luminance corrigée pour maintenir une luminance du champ opératoire (2) constante même quand le champ opératoire (2) est approché ou éloigné du module de lumière (5).
- 2. Dispositif d'éclairage (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs capteurs de distance (10) destinés à fournir chacun une valeur de distance mesurée entre le module de lumière (5) et le champ opératoire (2).
- 3. Dispositif d'éclairage (1) selon les revendications 1, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs capteurs de luminance (11) destinés à fournir chacun une valeur de luminance du champ opératoire (2) quand il est éclairé par le module de lumière (5).
- 4. Dispositif d'éclairage (1) selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que ladite unité de contrôle/commande (8) est conçue pour moyenner plusieurs valeurs de mesure de distance et/ou plusieurs valeurs de mesure de luminance pour calculer une valeur de luminance corrigée.
- 5. Dispositif d'éclairage (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque capteur de luminance (11) est constitué d'une photodiode et d'une lentille ayant la photodiode pour foyer.
- 6. Dispositif d'éclairage (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque capteur de distance (10) est adapté pour estimer une distance via une bande spectrale choisie parmi les ultrasons, les rayonnements visibles, infrarouges, ou électromagnétiques.
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