Espoleta óptica de proximidad.

Un sensor óptico para un dispositivo móvil, que comprende: un conjunto de aberturas ópticas (6) distribuidassobre la superficie exterior (14) del dispositivo,

una red de guía de onda óptica (34, 38, 40; 34, 38, 62; 34, 38, 82)que acopla el conjunto de aberturas (6) a unos medios de fuente de láser (44) y a unos medios fotodetectores (42;48; 52; 64; 86), de tal manera que la luz de dichos medios de fuente de láser (44) es emitida por dichas aberturas(6), y la luz devuelta desde un blanco es recibida por dichas aberturas (6) y dirigida por dicha red de guía de ondaóptica (38, 40; 38, 62; 38, 82) a dichos medios fotodetectores (42; 48; 52; 64; 86), caracterizado porque la red deguía de onda óptica (34, 38, 40; 34, 38, 62; 34, 38, 82) es una red guía de ondas óptica reconfigurable que tiene unapluralidad de modos de operación para acoplar selectivamente, utilizando un conmutador óptico o deflector acústicoóptico, el conjunto de aberturas (6) a los medios de fuente de láser (44) y a los medios fotodetectores (42; 48; 52;64; 86), de tal manera que dependiendo del modo de funcionamiento seleccionado la luz desde los medios de fuentede láser (44) es emitida por unas aberturas seleccionadas de dichas aberturas (6), y la luz del blanco es recibida porunas aberturas seleccionadas de dichas aberturas (6) y dirigida por dicha red de guía de onda óptica (38, 40; 38, 62;38, 82) a dichos medios fotodetectores (42; 48; 52; 64; 86).

Espoleta óptica de proximidad

Campo de la invención La presente invención se refiere específicamente a una espoleta óptica de proximidad para misiles guiados y para cualquier otro dispositivo balístico o volante. La invención se refiere en general a un sensor óptico para un dispositivo móvil, para la detección de objetos que pueden colisionar con el objeto en movimiento

Técnica antecedente Es conocido dotar a misiles guiados con una espoleta para iniciar la detonación del misil cuando se satisface una condición predeterminada, tal como el impacto contra un objeto duro, o alcanzar una altura determinada, o que aparezca un objeto dentro del campo de visión de un sensor de la espoleta a corta distancia. Así, un misil guiado puede tener un sensor de orientación de largo alcance operativo por radar, ladar, detección de infrarrojos etc., y un sensor independiente de corto alcance que también puede operar por radar, detección óptica, etc. Los sensores ópticos de espoleta conocidos funcionan en un alcance muy limitado alrededor del misil, lo que crea el riesgo de que un blanco pueda no ser detectado. Uno de tales sensores ópticos de espoleta conocido se describe en un artículo titulado "Advance Optical Fuzing Technology" por Christian von der Lippe y J Jiang Liu, publicado en 2006 por laSociedad Internacional de Ingeniería Óptica en el SPIE Newsroom con el número 10.1117/2.1200601.066.

El documento US 5.014.621 A (Fox et al.) describe un detector óptico de blancos que utiliza un acoplador en estrella para lograr la alineación automática de haces de láser “filiformes”. Un número de haces de luz láser “filiformes” se despliegan desde la superficie de un proyectil con el fin de detectar un blanco. La luz del láser se transmite al blanco y se refleja de vuelta desde el blanco hasta el detector óptico de blancos. La luz láser transmitida, en la forma de un número de haces “filiformes”, y la luz que es reflejada por el blanco se transmiten a través de un dispositivo acoplador en estrella con el fin de mantener la alineación para la transmisión de la máxima intensidad de señal luminosa y para minimizar al mismo tiempo la retrodispersión de aerosoles.

El documento DE 32 19 082 A1 describe un dispositivo para determinar el rango de activación en un misil que se está moviendo hacia un blanco, utilizando una medición de tiempo de tránsito de pulsos de láser, un número de baterías de transmisión, que son accionadas por un control de pulso aleatorio, enviando sus haces en varias direcciones para determinar si un blanco está presente. Las áreas de los haces de transmisión se iluminan a través de guías de ondas ópticas de las baterías de transmisión y las señales recibidas son suministradas para determinar la velocidad, la posición de movimiento y la actitud angular.

Sumario de la invención El objeto de la invención es proporcionar un sensor óptico activo mejorado para una espoleta de proximidad para un misil guiado u otro dispositivo de tipo balístico o volante.

La presente invención proporciona en un aspecto específico una espoleta óptica de proximidad de acuerdo con la reivindicación 15 adjunta.

De acuerdo con la invención, existe la posibilidad de que un gran número de pequeñas aberturas de sensor sean dispuestas en una superficie del misil. Estas aberturas pueden estar dispuestas para formar una imagen compuesta del blanco en una determinada dirección, y/o pueden estar dispuestas para realizar una operación de detección a lo largo de direcciones seleccionadas. Un aspecto importante de la invención es la flexibilidad inherente a la forma en que la espoleta puede ser configurada en el misil, por razón de dicha red de guía de onda óptica, de modo que la espoleta se puede optimizar para diferentes funciones u objetivos.

En un aspecto más general, la invención se refiere a un sensor óptico para cualquier dispositivo móvil, tal como vehículos terrestres, trenes, robots, etc., mediante el que los obstáculos u otros objetos que puede chocar con el

dispositivo móvil sean detectados.

La invención proporciona por tanto en este aspecto más general, un sensor óptico según la reivindicación 1 adjunta.

Dichas aberturas ópticas pueden adoptar cualquier forma física conveniente, por ejemplo extremos de guías de onda ópticas, tales como fibras ópticas. Según se prefiera, comprenden lentes u otros elementos de transmisión para colimar y dirigir la luz. En una forma, cada abertura comprende una lente de bola, que es una lente pequeña de sílice generalmente esférica, del orden de cientos de micrómetros de diámetro, o mayor, que colima la luz emitida desde el extremo de una fibra óptica o acopla luz recibida de vuelta en una fibra óptica. Tal lente de bola da un haz colimado de luz a lo largo del eje de una fibra óptica en la región de la conexión con las aberturas de bola. Pulsos de luz de 65 retorno pueden ser devueltos de nuevo a la lente de bola y a lo largo del eje de la fibra óptica.

Es deseable que tales lentes de bola, u otros elementos de abertura óptica que pueden ser empleados, sean de tal forma que no se separen a una distancia significativa de la superficie de dicho dispositivo, y presenten una resistencia aerodinámica insignificante o mínima. Esto se puede lograr mediante el empleo de elementos de abertura de tamaño pequeño, por ejemplo, una lente de bola, y/o montando el elemento de abertura dentro de un rebaje en la superficie del dispositivo.

Dichas aberturas suministrarán aberturas numéricas apropiadas. Oportunamente, dichas aberturas ofrecen haces de ángulo estrecho. Las lentes de bola pueden proporcionan haces colimados, o al menos aproximadamente colimados, dentro de unos pocos grados en función de tamaño de la bola. Dichas aberturas pueden estar organizadas de modo que una abertura dispuesta para emitir luz se sitúa en relación con una abertura para recibir la luz, de manera que la luz reflejada o devuelta por un blanco se recoge por la abertura de recepción. Así, se proporciona un primer conjunto de aberturas para emitir luz, y un segundo conjunto de aberturas está previsto para recibir la luz devuelta. Con preferencia se proporcionan parejas de aberturas, cada pareja comprendiendo una primera abertura del primer conjunto y una segunda del segundo conjunto, para recibir la luz de retorno emitida por

la primera abertura. Cuando las aberturas proporcionan haces aproximadamente colimados, las aberturas de cada pareja están posicionadas cerca unas de las otras.

En una forma de la invención, un grupo de aberturas están situadas próximas entre sí y orientadas de tal manera que los haces transmitidos y los campos de visión del receptor (haces) están apuntando en la misma dirección, para proporcionar una abertura compuesta única que se extiende sobre un área mucho mayor que la proporcionada por una abertura única para permitir que se forme una imagen de un blanco.

Por lo menos en modos de realización preferidos de la invención, una batería de aberturas de transmisión y de recepción se disponen en el cuerpo o en el morro del dispositivo. Estas aberturas pueden estar dispuestas en parejas, con un transmisor y un receptor asociado por pareja. Dentro del misil hay una fuente de luz láser, un fotodetector, y una red de fibra reconfigurable para distribuir selectivamente la luz láser entre las aberturas de los transmisores. Cada lente es de un tamaño pequeño, por lo que la resistencia aerodinámica es mínima, y proporciona un haz de luz colimado aproximadamente (del orden de unos pocos grados) en una dirección seleccionada, por lo que cuando un pulso ha sido emitido desde una abertura de transmisor, un blanco cercano puede reflejar una parte del pulso en una abertura receptora asociada.

La posición del blanco con respecto al eje del misil puede ser cualquiera dentro de un amplio intervalo de ángulos, tales como entre +/-90 grados de elevación y azimut, correspondientes al hemisferio delantero, por ejemplo. De acuerdo con la invención, la batería de aberturas de transmisión y recepción puede estar dispuesta como para proporcionar haces colimados de luz y campos de visión de recepción de la misma extensión que cubren toda la gama de posibles direcciones para un blanco. Las aberturas pueden estar concentradas en direcciones más probables para la detección del blanco, tales como próximas a la dirección axial de movimiento. Alternativamente, por ejemplo, pueden estar situadas a intervalos regulares alrededor de la circunferencia, apuntando a un ángulo con el eje del misil, donde el misil podría estar en una posición más favorable con respecto al blanco, para lograr abatir el blanco.

En una forma preferente,... [Seguir leyendo]

1. Un sensor óptico para un dispositivo móvil, que comprende: un conjunto de aberturas ópticas (6) distribuidas sobre la superficie exterior (14) del dispositivo, una red de guía de onda óptica (34, 38, 40; 34, 38, 62; 34, 38, 82) 5 que acopla el conjunto de aberturas (6) a unos medios de fuente de láser (44) y a unos medios fotodetectores (42; 48; 52; 64; 86) , de tal manera que la luz de dichos medios de fuente de láser (44) es emitida por dichas aberturas (6) , y la luz devuelta desde un blanco es recibida por dichas aberturas (6) y dirigida por dicha red de guía de onda óptica (38, 40; 38, 62; 38, 82) a dichos medios fotodetectores (42; 48; 52; 64; 86) , caracterizado porque la red de guía de onda óptica (34, 38, 40; 34, 38, 62; 34, 38, 82) es una red guía de ondas óptica reconfigurable que tiene una pluralidad de modos de operación para acoplar selectivamente, utilizando un conmutador óptico o deflector acústico óptico, el conjunto de aberturas (6) a los medios de fuente de láser (44) y a los medios fotodetectores (42; 48; 52; 64; 86) , de tal manera que dependiendo del modo de funcionamiento seleccionado la luz desde los medios de fuente de láser (44) es emitida por unas aberturas seleccionadas de dichas aberturas (6) , y la luz del blanco es recibida por unas aberturas seleccionadas de dichas aberturas (6) y dirigida por dicha red de guía de onda óptica (38, 40; 38, 62;

38, 82) a dichos medios fotodetectores (42; 48; 52; 64; 86) .

2. Un sensor óptico según la reivindicación 1, en el que un primer grupo de dicho conjunto de aberturas está acoplado a dichos medios de fuente de láser para emitir luz, y un segundo grupo de dicho conjunto de aberturas está acoplado a dichos medios fotodetectores para la recepción de la luz devuelta.

3. Un sensor óptico según la reivindicación 2, en el que dicho conjunto de aberturas se dispone en parejas, con una primera abertura de cada pareja formando parte de dicho primer grupo, y una segunda abertura de cada pareja formando parte de dicho segundo grupo y dispuesta para recibir la luz devuelta emitida por la primera abertura.

4. Un sensor óptico de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que cada abertura proporciona un haz de luz generalmente colimado o estrecho.

5. Un sensor óptico según la reivindicación 4, en el que cada abertura comprende una lente de colimación.

6. Un sensor óptico de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que cada abertura es lo suficientemente pequeña y/o se monta en un rebaje dentro de la superficie exterior de dicho dispositivo de manera que la resistencia aerodinámica no es significativa.

7. Un sensor óptico de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que cada abertura está acoplada a un 35 extremo de una guía de ondas óptica correspondiente.

8. Un sensor óptico de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que dichos medios de fuente de láser comprenden un dispositivo de láser único.

9. Un sensor óptico de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que segundas aberturas seleccionadas de dichas aberturas están cada una acoplada a través de una guía de ondas óptica correspondiente a un respectivo fotodetector para recibir luz reflejada.

10. Un sensor óptico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en que segundas aberturas

seleccionadas de dichas aberturas están dispuestas para recibir luz de retorno y están acopladas a través de guías de onda respectivas de dicha red a un fotodetector común.

11. Un sensor óptico según la reivindicación 10, incluyendo una red de fibra óptica acoplada entre dichos segundos seleccionados y dicho fotodetector común, que está dispuesta para proporcionar retardos predeterminados respectivos para la luz de retorno de cada una de dichas segundas aberturas seleccionadas a fin de permitir una multiplexación de la luz recibida en una guía de ondas óptica que está acoplada a dicho fotodetector común.

12. Un sensor óptico de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que dicho conjunto de aberturas incluye un primer grupo de aberturas que se colocan cerca una de las otras en la superficie exterior del objeto

guiado tal que proporcionan una abertura compuesta única en una región relativamente amplia para permitir la formación de imágenes de un blanco.

13. Un sensor óptico según la reivindicación 12, en el que la abertura compuesta de dicho primer grupo está dispuesta para estar apuntando en una primera dirección, y al menos uno de tal grupo adicional proporcione una sola abertura compuesta apuntando en una segunda dirección.

14. Un sensor óptico según la reivindicación 12 o 13, en el que dicha red de guía de ondas óptica reconfigurable incluye una primera red de fibra óptica reconfigurable que acopla selectivamente las aberturas ópticas de dicho grupo o grupos a los mencionados medios de fuente de láser y una segunda red de fibra óptica que acopla

selectivamente las aberturas ópticas de los dichos grupo o grupos, a los mencionados medios fotodetectores.

15. Una espoleta óptica para un dispositivo balístico o de vuelo que comprende un sensor óptico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.