Escáner de fibra óptica.

Escáner de fibra óptica (30) para la emisión y recepción de señales de luz,

que comprende una matriz (9) de conductores de luz individuales, cuyos primeros extremos (90) están dispuestos en el plano de imagen de un sistema óptico de formación de imágenes (8, 32, 33), y cuyos segundos extremos (70) están dispuestos de forma circular, un conductor de luz central (120), cuyo primer extremo está dispuesto en el centro de la estructura anular formada por los segundos extremos (70) de la matriz de conductores de luz (9), un reflector (60) accionado por motor, que está dispuesto de tal modo que la luz que sale de los extremos (70), dispuestos de forma circular, de la matriz de conductores de luz (9) es guiada hacia el conductor de luz central (120), caracterizado porque el conductor de luz central (120) está dividido en dos zonas coaxiales de sección transversal (120a, 120b), en que a través de la zona central de sección transversal (120a) es conducida la luz de emisión, y a través de la zona exterior de sección transversal (120b) es conducida la luz de recepción.

Escáner de fibra óptica La invención se refiere a un escáner de fibra óptica según el preámbulo de la reivindicación 1 así como a una cámara de imágenes de distancia (denominada en la literatura también radar de láser 3D) , en la que encuentra aplicación un escáner de fibra óptica de este tipo.

Los escáneres de fibra óptica son aparatos optomecánicos, que sirven para guiar y desviar señales de luz. En un escáner de línea de fibra óptica, puede ser convertida por ejemplo la información de luz que incide sobre una línea en una secuencia de impulsos de luz en una fibra óptica.

Para la generación de imágenes de radar de láser 3D es conocida la aplicación de un escáner de línea de fibra óptica con sistema de emisión y recepción óptico biaxial (documentos DE 39 42 770 C1, DE 39 42 771 C1) . El escáner de fibra óptica de los sistemas conocidos comprende, de forma separada entre sí, una parte de emisión para la emisión de luz láser así como una parte de recepción conformada simétricamente respecto a la anterior para la recepción de la luz reflejada en la escena. La parte de emisión y la parte de recepción comprenden respectivamente una matriz de una multiplicidad de conductores de luz, cuyos primeros extremos están dispuestos en forma de líneas, y cuyos segundos extremos están dispuestos en forma anular. Los segundos extremos de cada una de las matrices forman con ello una estructura anular, en cuyo centro se encuentra el extremo de un conductor de luz central. El conductor de luz central está unido en la parte de emisión a una fuente de luz y en la parte de recepción a un detector. Además de ello, para la parte de emisión y la parte de recepción existe respectivamente un espejo rotatorio inclinado respecto a su eje de rotación y accionado por motor. Este espejo está orientado de tal modo que en la parte de emisión la luz láser que sale del conductor de luz central es orientada secuencialmente a los extremos dispuestos circularmente de la matriz de conductores de luz. A la inversa, en la parte de recepción, al ser recibida la luz entrante, la luz que sale de los extremos de la matriz circular es guiada al conductor de luz central.

En el documento DE 33 32 909 A1 se da a conocer una disposición para iluminar un soporte de información, en que existe una matriz de conductores de luz, cuyos primeros extremos están dispuestos encima del soporte de información a iluminar, y cuyos segundos extremos están dispuestos circularmente. Además existe un único conductor de luz que está dispuesto sobre un soporte rotatorio y cuyo primer extremo está dispuesto sobre el eje de rotación del soporte. Su segundo extremo está dispuesto excéntricamente respecto al eje de rotación, y a saber de tal modo que al rotar el soporte la luz puede pasar secuencialmente entre el conductor de luz rotatorio y los conductores de luz de la matriz. Las fibras conductoras de luz son aplicadas tanto para el aporte de luz hacia el soporte de información como también para la retirada de la luz que sale de zonas iluminadas del soporte de información. Delante del primer extremo del conductor de luz rotatorio se encuentra un accesorio de aparato que tiene un taladro central, a través del que puede penetrar la señal de entrada de una fuente de luz en el conductor de luz rotatorio. El taladro está rodeado por los extremos de otros conductores de luz, a través de los cuales es guiada hacia disposiciones de evaluación la luz que sale del soporte de información tras recorrer la matriz de conductores de luz así como el conductor de luz rotatorio.

Para poder construir de forma más económica un radar de láser 3D, es necesario reducir el número de componentes ópticos, por regla general muy costosos.

La invención tiene como base la tarea de modificar el escáner de fibra óptica conocido de tal modo que se reduzca considerablemente el coste para los componentes ópticos necesarios. Realizaciones ventajosas del escáner de fibra óptica así como una cámara de imágenes de distancia, que se basa en un escáner de fibra óptica de este tipo, son objetos de otras reivindicaciones.

El escáner conforme a la invención se caracteriza porque está conformado como sistema coaxial. Esto significa que la separación entre sistema óptico de emisión y sistema óptico de recepción está eliminada. Antes bien, sólo existe un sistema óptico, que se emplea alternativamente tanto para la emisión como para la recepción de las señales de láser.

El número de los elementos ópticos empleados en la trayectoria de rayos baja con ello dramáticamente, al igual que los costes de fabricación del sistema. Más allá de ello, con esta estructura conforme a la invención puede disminuirse fuertemente el volumen del aparato en conjunto.

El sistema de emisión/recepción coaxial se realiza mediante el recurso de que el conductor de luz central (que ahora – a diferencia del estado de la técnica – sólo aparece de forma única) , está dividido en dos zonas coaxiales de sección transversal, en que a través de la zona central de sección transversal es conducida la luz de emisión, y a través de la zona exterior de sección transversal es conducida la luz de recepción.

La invención lleva asociadas en particular las siguientes ventajas:

Simplificación de los radares de láser biaxiales actuales por reducción del número de componentes ópticos, unida a una compresión del tamaño y del peso del aparato en conjunto.

Reducción de los costes de fabricación.

La funcionalidad del sistema en función de la temperatura se hace menos crítica.

Es posible un modo de construcción más compacto y flexible de la unidad óptica.

Desaparece el costoso ajuste de la unidad óptica.

La invención es explicada más detalladamente con ayuda de ejemplos de realización concretos con referencia a figuras. Muestran:

la figura 1 una primera realización del escáner de fibra coaxial conforme a la invención;

la figura 2 un corte transversal del conductor de luz central, con su división en dos zonas coaxiales de sección transversal para emisión y recepción;

las figura 3 hasta 5 tres realizaciones diferentes para llevar a cabo a un acoplador de fibra óptica para la separación de las zonas de sección transversal para emisión y recepción del conductor de luz

central;

la figura 6 una segunda realización del escáner de fibra coaxial conforme a la invención con un interruptor óptico rápido para la protección del detector óptico;

la figura 7 la realización de la parte óptica delantera de la cámara de imágenes de distancia, que comprende un escáner de fibra conforme a la invención.

La figura 1 muestra una primera realización del escáner coaxial de fibra conforme a la invención. Comprende una matriz 9 de conductores de luz individuales. En cuanto a la realización del escáner de fibra representada en la figura 1, se trata de escáner de línea, es decir que unos de los extremos 90 de las fibras de la matriz de fibras 9 están dispuestos en forma de líneas. La disposición de estos extremos de fibras puede ser sin embargo arbitraria según sea el caso de aplicación concreto, por ejemplo como línea doble, línea curva, en forma de cruz o de círculo o como matriz bidimensional o en otra configuración libre. Los segundos extremos 70 de las fibras de la matriz 9 están dispuestos circularmente dentro de la parte central 1 del escáner de fibra. Los extremos 90 dispuestos en forma de líneas están dispuestos en el plano focal de un objetivo 8. En el centro de los extremos 70 dispuestos circularmente está fijado un extremo del conductor de luz central 120 con ayuda de un conector 7. El conductor de luz central 120 está dividido en dos zonas coaxiales de sección transversal 120a, 120b para emisión y recepción (figura 2) . La división del conductor de luz central 120 en sus dos zonas coaxiales de sección transversal 120a, 120b se produce en un acoplador de fibra óptica 2, de modo que la zona central de sección transversal 120a para la emisión de luz puede ser unida a una fuente de luz 4, por ejemplo un diodo láser de impulsos o un láser de fibra, y la zona exterior de sección transversal 120b para la recepción de luz puede ser unida a un detector 5. El número de referencia 131 de la figura 2 designa una envoltura de protección exterior del conductor de luz 120.

Frente al extremo del conductor de luz central 120 hay un reflector,... [Seguir leyendo]

1. Escáner de fibra óptica (30) para la emisión y recepción de señales de luz, que comprende una matriz (9) de conductores de luz individuales, cuyos primeros extremos (90) están dispuestos en el plano de imagen de un sistema óptico de formación de imágenes (8, 32, 33) , y cuyos segundos extremos (70) están dispuestos de forma circular, un conductor de luz central (120) , cuyo primer extremo está dispuesto en el centro de la estructura anular formada por los segundos extremos (70) de la matriz de conductores de luz (9) , un reflector (60) accionado por motor, que está dispuesto de tal modo que la luz que sale de los extremos (70) , dispuestos de forma circular, de la matriz de conductores de luz (9) es guiada hacia el conductor de luz central (120) , caracterizado porque el conductor de luz central (120) está dividido en dos zonas coaxiales de sección transversal (120a, 120b) , en que a través de la zona central de sección transversal (120a) es conducida la luz de emisión, y a través de la zona exterior de sección transversal (120b) es conducida la luz de recepción.

2. Escáner de fibra óptica según la reivindicación 1, caracterizado porque la zona central de sección transversal (120a) del conductor de luz central (120) está formada por una fibra conductora de luz (121, 122) o por un elemento cónico de fibra.

3. Escáner de fibra óptica según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el segundo extremo del conductor de luz central está guiado a un acoplador de fibra óptica (2) , en el que son separadas entre sí la zona central de sección transversal (120a) y la zona exterior de sección transversal (120b) del conductor de luz central (120) .

4. Escáner de fibra óptica según la reivindicación 3, caracterizado porque el conductor de luz central (120) está formado por un haz de varias fibras conductoras de luz, en que en torno a una fibra conductora de luz central (121) del haz están dispuestas las restantes fibras conductoras de luz del haz y la fibra conductora de luz central (121) forma la zona central de sección transversal (120a) del conductor de luz central (120) y las fibras conductoras de luz que rodean la fibra conductora de luz central (121) forman conjuntamente la zona exterior de sección transversal (120b) del conductor de luz central (120) .

5. Escáner de fibra óptica según la reivindicación 4, caracterizado porque en el acoplador de fibra óptica (2) está extraída del haz de fibras la fibra conductora de luz central (121) del haz de fibras.

6. Escáner de fibra óptica según la reivindicación 3, caracterizado porque el conductor de luz central (120) está formado por un conductor de luz tubular (123) , en cuyo interior está insertada una fibra conductora de luz (122) .

7. Escáner de fibra óptica según la reivindicación 6, caracterizado porque en el acoplador de fibra óptica (2) es ensanchado el conductor de luz tubular (123) sobre una distancia determinada, y la fibra conductora de luz interior

(122) es extraída del conductor de luz tubular (123) en la zona de este ensanchamiento.

8. Escáner de fibra óptica según la reivindicación 3, caracterizado porque en el acoplador de fibra óptica (2) es interrumpida la zona exterior de sección transversal (120b) del conductor de luz central (120) sobre una cierta distancia, en que esta distancia es puenteada mediante una formación óptica de imágenes, y la zona central de sección transversal (120a) del conductor de luz central (120) es extraída de la zona exterior de sección transversal (120b) en la zona de esta interrupción.

9. Escáner de fibra óptica según la reivindicación 3, caracterizado porque entre el acoplador de fibra óptica (2) y el detector (5) está conectado un interruptor óptico (3) , que está sincronizado con la fuente de luz (4) y evita que durante la fase de emisión de la fuente de luz (4) incida luz desde la zona exterior de sección transversal (120b) del conductor de luz central (120) sobre el detector (5) .

10. Escáner de fibra óptica según la reivindicación 9, caracterizado porque el interruptor óptico es formado por un disco interruptor incremental (110) , a través del cual es guiada una o varias veces la señal de luz de la zona exterior de sección transversal (120b) del conductor de luz central (120) .

11. Escáner de fibra óptica según la reivindicación 10, caracterizado porque la señal de luz es guiada mediante una formación óptica de imágenes a través del disco interruptor incremental (110) .

12. Escáner de fibra óptica según la reivindicación 11, caracterizado porque el disco interruptor incremental está asentado sobre el árbol (51) del motor (50) para el accionamiento del reflector (60) .

13. Cámara de imágenes de distancia, que comprende

una disposición de escaneado (31) para la exploración bidimensional de una escena, un escáner de fibra óptica (30) según una de las reivindicaciones precedentes, en que la luz que viene de la disposición de escaneado (31) es proyectada por el sistema óptico de formación de imágenes (32) sobre los primeros extremos de fibras (90) del escáner de fibra óptica (30) .

14. Cámara de imágenes de distancia, según la reivindicación 14, caracterizada porque el sistema óptico de formación de imágenes consta de por lo menos dos elementos ópticos (32, 33) .

15. Cámara de imágenes de distancia según la reivindicación 14, caracterizada porque la disposición de escaneado bidimensional (31) está dispuesta en la trayectoria de rayos del sistema óptico de formación de imágenes (32, 33) .