Generador de luz estructurada.

Generador de luz estructurada para iluminar una escena, en donde el generador de luz estructurada estáadaptado para utilizarse con un aparato de telemetría y comprende una fuente de luz dispuesta para iluminar partede la cara de entrada de una guía de luz,

comprendiendo la guía de luz un tubo de sección transversal constanteque tiene lados sustancialmente reflectivos y que está dispuesto junto con una óptica de proyección para proyectaruna agrupación ordenada de imágenes bien distintas de la fuente de luz hacia la escena.

Generador de luz estructurada.

Esta invención se refiere a un generador de luz estructurada para iluminar una escena que está adaptado para utilizarse con un aparato de telemetría tal como un sistema de telemetría por formación de imagen.

Los sistemas de telemetría por formación de imagen iluminan frecuentemente una escena y forman la imagen de la luz reflejada por la escena para determinar la información de distancia.

Un sistema conocido, un denominado sistema de triangulación, utiliza una fuente dispuesta para iluminar una escena con un haz de luz de tal manera que aparezca un punto en la escena. Un detector está orientado de una forma predeterminada con respecto a la fuente de tal manera que la posición del punto de luz en la escena revela información de distancia. El haz de luz puede ser desplazado tanto en azimut como en elevación a través de la escena para generar información de distancia desde toda la escena. En algunos sistemas, el haz de luz puede ser un haz lineal de tal manera que se recoja simultáneamente información de distancia unidimensional y el haz lineal sea desplazado en una dirección perpendicular para adquirir información de distancia en la otra dimensión.

Los sistemas de iluminación de esta clase utilizan frecuentemente sistemas de láser. Los sistemas de láser pueden tener implicaciones de seguridad y requerir mecanismos de exploración complicados y relativamente caros. Los láseres son también fuentes de potencia relativamente alta.

En la patente US 6.377.353 se describe otro tipo de sistema de iluminación. Aquí se describe un generador de luz estructurada que comprende una fuente de luz dispuesta enfrente de una platina modelada que tiene una agrupación ordenada de aberturas en ella. La luz procedente de la fuente sólo pasa a través de las aberturas y proyecta una agrupación ordenada de puntos sobre la escena. La información de distancia en este aparato se determina analizando el tamaño y la forma de los puntos formados.

Sin embargo, este tipo de sistema de iluminación bloquea una proporción de la luz generada por la fuente y, por tanto, requiere una fuente de potencia relativamente alta para generar la iluminación requerida. Además, la profundidad de campo del sistema de iluminación está algo limitada y es difícil una discriminación a bajas distancias.

La patente US 4.294.544 describe un sistema de medición topográfica para definir una superficie remota que tiene un iluminador para iluminar la escena con una agrupación ordenada de haces láser que son secuenciados de una manera particular. Los medios de proyección descritos son un sistema complicado de placas de cizalladura y medios de dirección de haz. El dispositivo produce una agrupación ordenada colimada de haces de luz que puede no ser adecuada para todas las aplicaciones y utiliza una fuente de láser de alta potencia.

La publicación WO 02/40940 describe un generador de luz estructurada para iluminar una escena, en donde el generador de luz estructurada está adaptado para utilizarse con un aparato de telemetría y comprende una fuente de luz y una máscara, en donde la máscara tiene al menos una porción transmisiva, y el generador de luz estructurada está dispuesto para dirigir una pluralidad de áreas bien distintas de luz hacia la escena.

Por tanto, es un objeto de la invención proporcionar una fuente de luz estructurada que mitigue al menos algunas de las desventajas antes mencionadas. Como se utiliza en esta memoria, el término generador de luz estructurada deberá tomarse como significando una fuente que proyecta una pluralidad de áreas bien distintas de luz hacia una escena.

Por tanto, según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un generador de luz estructurada de acuerdo con la reivindicación 1. En un segundo aspecto de la presente invención se proporciona un generador de luz estructurada según la reivindicación 2.

La guía de luz opera en efecto como un caleidoscopio. La luz procedente de la fuente se refleja desde los lados del tubo y puede experimentar una pluralidad de trayectorias de reflexión dentro del tubo. El resultado es que se producen y se proyectan sobre la escena múltiples imágenes de la fuente de luz. Así, la escena se ilumina con una agrupación ordenada de imágenes de la fuente de luz. Por tanto, cuando la fuente es un simple diodo de emisión de luz, la escena se ilumina con una agrupación ordenada de puntos de luz. El generador de luz estructurada de la presente invención es ventajoso debido a que ofrece una gran profundidad de campo. La profundidad de campo del generador determinará obviamente la distancia sobre la cual el generador puede utilizarse efectivamente, y una gran profundidad de campo significa que el dispositivo tiene un mayor rango de funcionamiento efectivo. Esto es especialmente útil cuando se le utiliza como una fuente de iluminación en aplicaciones de medición de distancias, ya que permite que se utilice el mismo aparato para determinar la distancia a objetos relativamente cercanos, así como a objetos distantes. Permite también su funcionamiento en una escena que tenga una posible variación grande de distancia en la escena. Además, la replicación de la imagen que ocurre dentro de la guía de luz significa que se proyectan imágenes de la fuente de luz uniformemente a través de un ángulo muy amplio. En otras palabras, la agrupación ordenada de puntos proyectados sobre la escena no está limitada en ángulo como lo están algunos dispositivos de la técnica anterior, lo que de nuevo es muy útil en aplicaciones de medición de distancias, en donde puede requerirse un amplio campo de visión para objetos relativamente distantes.

La guía de luz comprende un tubo con paredes sustancialmente reflectivas y tiene una sección transversal constante que es convenientemente un polígono regular. El hecho de tener una sección transversal regular significa que la agrupación ordenada de imágenes de la fuente de luz será también regular, lo que es ventajoso para aplicaciones de medición de distancias. Una agrupación ordenada regular de imágenes asegura que la escena se ilumine de una manera conocida y facilitará la discriminación de imágenes para fines de medición de distancias. Un tubo de sección cuadrada es muy preferido.

El tubo puede comprender un tubo hueco que tiene superficies internas reflectivas, es decir, paredes internas especulares. Alternativamente, el tubo puede fabricarse de un material macizo y disponerse de tal manera que una cantidad sustancial de luz incidente en una interfaz entre el material del tubo y el material circundante experimente una reflexión interna total. El material del tubo puede revestirse con un revestimiento de un índice de refracción adecuado o diseñarse para funcionar en el aire, en cuyo caso el índice de refracción del material de guía de luz deberá ser tal que tenga lugar una reflexión interna en la interfaz material-aire.

El uso de un tubo como éste en calidad de guía de luz da como resultado que se generen múltiples imágenes de la fuente de luz que pueden proyectarse hacia la escena a través de un amplio ángulo. La guía de luz es fácil de fabricar y ensamblar y acopla la mayoría de la luz de la fuente con la escena. Así, pueden utilizarse fuentes de baja potencia tales como diodos de emisión de luz. Como la abertura de salida de la guía de luz es generalmente pequeña, el aparato tiene también una gran profundidad de campo que, como se menciona, lo hace útil para aplicaciones de medición de distancias que requieren la proyección de imágenes que están separadas en un amplio rango de distancias. Típicamente, la guía de luz tiene un área en sección transversal en el rango de unos pocos milímetros cuadrados a unas pocas decenas de milímetros cuadrados; por ejemplo, el área en sección transversal puede estar en el rango de 1-50 mm2 o 2-25 mm2. Como se ha mencionado, la guía de luz tiene preferiblemente una sección transversal de forma regular con una dimensión más larga de unos pocos milímetros, por ejemplo 1-5 mm. Una realización como la mencionada es un tubo de sección cuadrada que tiene una longitud de lado de 2-3 mm. La guía de luz puede tener una longitud de unas pocas decenas de milímetros; una guía de luz puede estar entre 10 y 70 mm de largo. Tales guías de luz pueden generar una rejilla de imágenes en un ángulo de 50-100 grados (típicamente alrededor de dos veces el ángulo interno total dentro de la guía de luz) . Se encuentra generalmente que la profundidad de campo es lo suficientemente grande para permitir un funcionamiento desde 100 mm hasta el infinito. Sin embargo, otras disposiciones de la guía de luz pueden ser adecuadas para ciertas aplicaciones.

La óptica de proyección... [Seguir leyendo]

1. Generador de luz estructurada para iluminar una escena, en donde el generador de luz estructurada está adaptado para utilizarse con un aparato de telemetría y comprende una fuente de luz dispuesta para iluminar parte de la cara de entrada de una guía de luz, comprendiendo la guía de luz un tubo de sección transversal constante que tiene lados sustancialmente reflectivos y que está dispuesto junto con una óptica de proyección para proyectar una agrupación ordenada de imágenes bien distintas de la fuente de luz hacia la escena.

2. Generador de luz estructurada para iluminar una escena, en donde el generador de luz estructurada está adaptado para utilizarse con un aparato de telemetría y comprende al menos una fuente de luz dispuesta para iluminar parte de una cara de entrada de una guía de luz a través de una máscara, en donde la máscara tiene al menos una porción transmisiva, estando dispuesta la o cada porción transmisiva para iluminar sólo parte de la cara de entrada de la guía de luz, comprendiendo la guía de luz un tubo de sección transversal constante que tiene lados sustancialmente reflectivos y que está dispuesto junto con una óptica de proyección para proyectar una agrupación ordenada que comprende una pluralidad de áreas bien distintas de luz hacia la escena.

3. Generador de luz estructurada según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la sección transversal del tubo es un polígono regular.

4. Generador de luz estructurada según la reivindicación 3, en el que el tubo tiene una sección transversal cuadrada.

5. Generador de luz estructurada según cualquier reivindicación anterior, en el que el área de la sección transversal de la guía de luz está en el rango de 1 a 50 mm2 o de 2 a 25 mm2.

6. Generador de luz estructurada según cualquier reivindicación anterior, en el que la guía de luz comprende un tubo hueco que tiene superficies internas reflectivas.

7. Generador de luz estructurada según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la guía de luz comprende un tubo de material macizo adaptado de tal modo que una cantidad sustancial de luz incidente en una interfaz entre el material del tubo y el material circundante experimenta una reflexión interna total.

8. Generador de luz estructurada según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la guía de luz es de entre 10 y 70 mm de largo.

9. Generador de luz estructurada según cualquier reivindicación anterior, en el que la óptica de proyección comprende una lente de proyección.

10. Generador de luz estructurada según la reivindicación 9 cuando depende de la reivindicación 7, en el que el tubo de material macizo está conformado en una cara de salida de la guía de luz para formar la lente de proyección.

11. Generador de luz estructurada según cualquiera reivindicación anterior, en el que la óptica de proyección comprende una lente semiesférica dispuesta de tal manera que el centro de la lente semiesférica esté localizado en el centro de la cara de salida de la guía de luz, para que el origen aparente de los haces de luz irradiados a través de un amplio ángulo por el generador de luz estructurada permanezca en el mismo punto.

12. Generador de luz estructurada según cualquier reivindicación anterior, en el que la agrupación ordenada de imágenes o áreas proyectadas hacia la escena tiene un punto de origen común.

13. Generador de luz estructurada según cualquier reivindicación anterior, en el que la profundidad de campo del generador de luz estructurada determina un rango efectivo de funcionamiento y en el que la óptica de proyección está adaptada para proporcionar una imagen o área sustancialmente enfocada a una primera distancia y una imagen o área sustancialmente desenfocada a una segunda distancia, estando las distancias primera y segunda dentro del rango efectivo de funcionamiento del aparato.

14. Generador de luz estructurada según la reivindicación 13, en el que la primera distancia puede ser mayor que la segunda distancia.

15. Generador de luz estructurada según la reivindicación 1 o cualquier reivindicación cuando depende de ésta, en el que la fuente de luz tiene una forma no circular.

16. Generador de luz estructurada según la reivindicación 15, en el que la forma de la fuente de luz es no simétrica alrededor de los ejes de reflexión de la guía de luz.

17. Generador de luz estructurada según la reivindicación 1 o cualquier reivindicación cuando depende de esta, que comprende más de una fuente de luz, estando dispuesta cada fuente de luz para iluminar parte de la cara de entrada de la guía de luz.

18. Generador de luz estructurada según la reivindicación 17, en el que las fuentes de luz están dispuestas en un patrón regular.

19. Generador de luz estructurada según cualquiera de las reivindicaciones 17 y 18, en el que al menos una de dichas más de una fuente de luz emite luz a una longitud de onda diferente a la de otra de dichas más de una fuente de luz.

20. Generador de luz estructurada según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, en el que al menos una de dichas más de una fuente de luz está conformada de manera diferente a otra de dichas más de una fuente de luz.

21. Generador de luz estructurada según cualquiera de las reivindicaciones 17 a 20, en el que al menos una de dichas más de una fuente de luz tiene una forma que no es simétrica alrededor de un eje de reflexión de la guía de luz.

22. Generador de luz estructurada según cualquiera de las reivindicaciones 18 a 21, en el que al menos una de dichas más de una fuente de luz está localizada dentro de la guía de luz, a una profundidad diferente a la de otra de dichas más de una fuente de luz.

23. Generador de luz estructurada según la reivindicación 1 o cualquier reivindicación anterior cuando depende de la reivindicación 1, en el que la fuente de luz está dispuesta para extenderse desde un lado de la cara de entrada de la guía de luz hasta el otro de tal manera que el generador de luz estructurada ilumine la escena con una agrupación ordenada de líneas.

24. Generador de luz estructurada según la reivindicación 23, en el que la fuente de luz está dispuesta con relación a la guía de luz para iluminar la escena con líneas intersecantes.

25. Generador de luz estructurada según la reivindicación 2 o cualquier reivindicación cuando depende de la reivindicación 2, en el que la porción transmisiva o al menos una de las porciones transmisivas de la máscara tiene una forma no circular.

26. Generador de luz estructurada según la reivindicación 25, en el que la máscara tiene una pluralidad de porciones transmisivas y al menos algunas de las porciones transmisivas tienen formas diferentes.

27. Generador de luz estructurada según la reivindicación 2 o cualquier reivindicación cuando depende de la reivindicación 2, en el que la máscara tiene una pluralidad de porciones transmisivas y al menos algunas porciones transmisivas son transmisivas a diferentes longitudes de onda.

28. Generador de luz estructurada según la reivindicación 2 o cualquiera de las reivindicaciones 3 a 23 cuando dependen de la reivindicación 2, en el que la máscara tiene al menos una porción transmisiva dispuesta para extenderse desde un lado de la cara de entrada de la guía de luz hasta el otro de tal manera que el generador de luz estructurada ilumine la escena con una agrupación ordenada de líneas.

29. Generador de luz estructurada según la reivindicación 2 o cualquier reivindicación cuando depende de la reivindicación 2, en el que la máscara comprende un modulador adaptado de tal manera que puedan variarse las características de transmisión de al menos parte de la máscara.

30. Generador de luz estructurada según la reivindicación 2 o cualquier reivindicación cuando depende de la reivindicación 2, que comprende además un homogeneizador dispuesto entre la fuente de luz y la máscara.

31. Generador de luz estructurada según cualquier reivindicación anterior dispuesto para proyectar la agrupación ordenada en un ángulo de entre 50º y 100º.

32. Generador de luz estructurada según cualquier reivindicación anterior, en el que el generador de luz estructurada tiene una profundidad de campo desde 100 mm hasta el infinito.

8