Aparato de visualización.

Aparato de visualización que comprende un primer extremo (8) para recibir luz incidente del interior de un campo (15) de visión y adaptado para producir una imagen enfocada en un plano de imagen en un segundo extremo (18) del aparato de visualización,

comprendiendo además el aparato de visualización uno o más elementos ópticos que pueden moverse para que la luz procedente de cualquier sitio del interior del campo de visión del aparato de visualización pueda ser redirigida al eje óptico (4), moviendo por lo tanto el campo (15) de visión sin mover el propio aparato de visualización, en el que el aparato de visualización comprende un grupo (7) de lentes de relé en el primer extremo (8) del aparato de visualización y una lente o grupo de lentes (12a) de acondicionamiento situadas en uso entre el elemento o elementos ópticos y el segundo extremo (18) del aparato de visualización, caracterizado por que dicho grupo (7) de lentes de relé tiene una apertura numérica en el intervalo de 0,017 a 0,03 y es funcional en uso para acondicionar la luz de modo que la misma no es colimada en un grado predeterminado antes de incidir en el elemento o elementos ópticos, y por que dicha lente o grupo de lentes (12a) de acondicionamiento están adaptadas de modo que, en uso, compensan cualquier aberración producida por el grupo (7) de lentes de relé o el elemento o elementos ópticos.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/GB2007/002501.

Solicitante: THE SECRETARY OF STATE FOR DEFENCE.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: DSTL, Porton Down Salisbury, Wiltshire SP4 0JQ REINO UNIDO.

Inventor/es: RANA,HARBINDER.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G02B23/24 SECCION G — FISICA.G02 OPTICA.G02B ELEMENTOS, SISTEMAS O APARATOS OPTICOS (G02F tiene prioridad; elementos ópticos especialmente adaptados para ser utilizados en los dispositivos o sistemas de iluminación F21V 1/00 - F21V 13/00; instrumentos de medida, ver la subclase correspondiente de G01, p. ej. telémetros ópticos G01C; ensayos de los elementos, sistemas o aparatos ópticos G01M 11/00; gafas G02C; aparatos o disposiciones para tomar fotografías, para proyectarlas o para verlas G03B; lentes acústicas G10K 11/30; "óptica" electrónica e iónica H01J; "óptica" de rayos X H01J, H05G 1/00; elementos ópticos combinados estructuralmente con tubos de descarga eléctrica H01J 5/16, H01J 29/89, H01J 37/22; "óptica" de microondas H01Q; combinación de elementos ópticos con receptores de televisión H04N 5/72; sistemas o disposiciones ópticas en los sistemas de televisión en colores H04N 9/00; disposiciones para la calefacción especialmente adaptadas a superficies transparentes o reflectoras H05B 3/84). › G02B 23/00 Telescopios o lentes de aproximación, p. ej. gemelos (telescopios de medida G01B 9/06 ); Periscopios; Instrumentos para ver el interior de cuerpos huecos (instrumentos de diagnóstico A61B ); Visores (objetivos G02B 9/00, G02B 11/00, G02B 15/00, G02B 17/00; oculares G02B 25/00 ); Apuntado óptico o aparatos de mira (aspectos no ópticos de apuntado de armas o de aparatos de mira F41G). › Instrumentos para mirar el interior de cuerpos huecos, p. ej. endoscopios de fibras.
  • G02B26/08 G02B […] › G02B 26/00 Dispositivos o sistemas ópticos que utilizan elementos ópticos móviles o deformables para controlar la intensidad, el color, la fase, la polarización o la dirección de la luz, p. ej. conmutación, apertura de puerta, modulación (elementos móviles de dispositivos de iluminación para el control de la luz F21V; dispositivos o sistemas especialmente adaptados para medir las características de la luz G01J; dispositivos o sistemas cuyo funcionamiento óptico se modifica por el cambio de las propiedades ópticas del medio que constituyen estos dispositivos o sistemas G02F 1/00; control de la luz en general G05D 25/00; control de las fuentes de luz H01S 3/10, H05B 37/00 - H05B 43/00). › para controlar la dirección de la luz (en guías de luz G02B 6/35).

PDF original: ES-2505340_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Aparato de visualización

Esta invención se refiere a un aparato de visualización mejorado. De forma más específica, la misma se refiere a un aparato de visualización mejorado que permite visualizar un sujeto situado alejado del centro de su campo de visión y ajustar una imagen visualizada del sujeto de modo que el sujeto queda resituado en el centro de la imagen visualizada, permitiendo al mismo tiempo que el propio aparato de visualización permanezca fijo.

Un aparato de visualización de este tipo es adecuado para usar en cualquier sistema de visualización en el que es deseable escanear un campo de visión sin necesidad de mover el aparato. Una aplicación de este tipo serían las cámaras de vigilancia o de circuito cerrado de televisión (CCTV) usadas para seguir los movimientos de un sujeto. Existen otras aplicaciones en el campo de la inspección, por ejemplo, en inspecciones "pozo abajo" llevadas a cabo en la industria del petróleo y del gas o en inspecciones llevadas a cabo en actividades de ensayos no destructivos (NDT).

Se conocen aparatos de visualización que permiten mover el centro de una imagen visualizada sin mover el propio aparato de visualización. En la solicitud de patente GB 2186993, British Nuclear Fuels Pie (BNF) da a conocer un aparato de visualización para visualizar conductos o celdas radioactivas. Este aparato de visualización comprende una cámara usada junto con uno o más prismas, siendo móviles dichos prismas a efectos de cambiar angularmente

el campo de visión del sistema.

BNF describe que estos prismas pueden disponerse frente a los elementos ópticos en el primer extremo del aparato, donde la luz incidente es recibida en el sistema. A efectos de esta memoria descriptiva, el "primer extremo" de una unidad de lente se definirá como la extremidad de la unidad de lente en la que los rayos incidentes del sujeto entran en la unidad de lente. De forma similar, el "segundo extremo" del aparato de visualización se definirá como la extremidad de la unidad de lente en la que se produce la imagen del sujeto para su visualización. El motivo para disponer los prismas de esta manera es que, según el estado de la técnica, los prismas solamente funcionarán de manera eficaz con luz totalmente colimada. Esto se debe a que, cuando la luz es recibida por los prismas en un ángulo de incidencia diferente al normal, los rayos de luz son refractados en un grado diferente dependiendo de su longitud de onda. Esto provoca una distorsión de la imagen y aberraciones cromáticas indeseables que son visibles como una división de colores.

No obstante, la disposición de los prismas en el primer extremo del aparato que da a conocer BNF presenta el inconveniente de que es necesario que los prismas sean muy grandes para que los mismos permitan visualizar un campo de visión de tamaño práctico de forma instantánea. Esta limitación del aparato significa que el mismo no es adecuado para muchas aplicaciones en campos tales como la vigilancia y la inspección, en los que el espacio constituye con frecuencia un factor clave.

En WO 99/5468 se da a conocer otro aparato de visualización que comprende prismas móviles.

Son conocidos otros aparatos en los que el movimiento de una imagen se obtiene moviendo el propio aparato mediante accionadores mecánicos. Tales aparatos tienen generalmente forma de cámaras equipadas con varios motores a efectos de permitir obtener una panorámica y/o inclinarlas en una orientación deseada. Los dispositivos de este tipo evitan tener que usar los prismas grandes necesarios en el caso de BNF; de hecho, los mismos evitan la necesidad de usar un prisma para redirigir la luz. No obstante, los mismos resultan complejos mecánicamente y, por lo tanto, voluminosos y caros.

Otro problema aparece cuando existe la necesidad de usar el aparato de visualización para observar un sujeto a través de un orificio en una barrera. Tal necesidad surge en muchas situaciones diferentes. Una situación de este tipo es la vigilancia, cuando se desea observar una persona sin que la persona lo sepa. En esta circunstancia, la barrera puede ser una pared, con la cámara integrada en la pared. Una segunda situación es la inspección en el interior de la carcasa de un artículo delicado, tal como una posible bomba, a efectos de obtener suficiente información sobre la estructura de la bomba para permitir desactivarla exitosamente, asegurando al mismo tiempo una intervención mínima en la carcasa de la bomba. En esta segunda circunstancia, la barrera sería de forma típica la carcasa.

El uso en estas situaciones de un sistema de visualización convencional, tal como los descritos anteriormente, daría como resultado un viñeteo considerable de la imagen como consecuencia de la incidencia de la periferia del orificio en el campo de visión. Este problema resultaría especialmente acentuado al usar el sistema que da a conocer BNF, ya que dichos prismas grandes deben capturar un campo de visión práctico. Para obtener imágenes de buena calidad con un sistema de este tipo el orificio debería ser muy grande, lo que simplemente no es posible en muchos casos.

Además, el efecto de este viñeteo aumenta dramáticamente con el aumento de la distancia entre el orificio y el

aparato de visualización (la distancia "de separación"). Esto constituye un problema serio en aplicaciones en las que es deseable una distancia de separación grande. Por ejemplo, una distancia de separación grande resulta ventajosa al disponer cámaras de vigilancia ocultas, ya que reduce el riesgo de que la cámara sea vista y descubierta.

Además, cuando se usa una cámara que utiliza un mecanismo mecánico de toma panorámica e inclinación, sería necesario agrandar el orificio en la barrera para permitir el movimiento de la cámara. Esta ampliación del orificio resulta muy inconveniente. Por ejemplo, en aplicaciones de vigilancia, la ampliación del orificio aumenta significativamente la probabilidad de que la cámara sea detectada. En aplicaciones de desactivación de bombas, la ampliación del orificio puede tener consecuencias incluso más graves, ya que aumenta el riesgo de provocar una explosión.

La invención supera estos problemas de la técnica anterior, dando a conocer una nueva disposición de lentes que permite contener el aparato de visualización en un espacio mucho más compacto.

Otra ventaja de la invención consiste en que la misma supera los problemas asociados a la visualización de un sujeto a través de un orificio en una barrera, dando a conocer medios para proyectar una imagen real de un tope de apertura interno hacia delante en el interior de un espacio objeto, creando por lo tanto una pupila de entrada externa fija frente a la unidad de lente.

Por lo tanto, la presente invención da a conocer un aparato de visualización según la reivindicación 1.

El aparato de visualización puede incluir una cámara, binoculares o un telescopio. El aparato puede comprender elementos de lente convencionales o grupos de tales elementos del tipo presente normalmente en las lentes de cámaras de video/fijas convencionales. Preferiblemente, el aparato de visualización comprende además un aparato de recepción de imágenes situado en el plano de imagen. El aparato de recepción de imágenes puede consistir en cualquier medio adecuado para recibir una imagen, tal como una película fotográfica, un sensor de imágenes digital o analógico o un ojo. También es posible diseñar un dispositivo que utiliza una combinación de dos o más de estos aparatos de recepción de imágenes.

A efectos de superar los problemas de la técnica anterior y para producir un aparato de visualización que puede estar contenido en un espacio más compacto, es necesario reducir el tamaño de los componentes ópticos que se utilizan. No obstante, la reducción del tamaño de los componentes ópticos de las disposiciones de la técnica anterior, tal como la proposición de BNF, provoca una gran reducción en el campo de visión debido a la necesidad de disponer los elementos ópticos en un espacio colimado en el primer extremo del aparato de visualización. La reducción del tamaño de los componentes ópticos también provoca un aumento de las aberraciones y distorsiones, perjudicando por lo tanto la calidad de la imagen.

No obstante, en la presente invención, el inventor ha comprobado que, a diferencia de lo descrito en la técnica anterior, si la luz que entra en los elementos ópticos no está de hecho totalmente colimada, sino sólo prácticamente o casi colimada, es posible reducir en gran medida el tamaño y complejidad de los componentes ópticos del aparato de visualización. La introducción de luz casi colimada en los elementos ópticos puede obtenerse disponiendo una disposición... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Aparato de visualización que comprende un primer extremo (8) para recibir luz incidente del interior de un campo (15) de visión y adaptado para producir una imagen enfocada en un plano de imagen en un segundo extremo (18) del aparato de visualización, comprendiendo además el aparato de visualización uno o más elementos ópticos que pueden moverse para que la luz procedente de cualquier sitio del Interior del campo de visión del aparato de visualización pueda ser redirigida al eje óptico (4), moviendo por lo tanto el campo (15) de visión sin mover el propio aparato de visualización, en el que el aparato de visualización comprende un grupo (7) de lentes de relé en el primer extremo (8) del aparato de visualización y una lente o grupo de lentes (12a) de acondicionamiento situadas en uso entre el elemento o elementos ópticos y el segundo extremo (18) del aparato de visualización, caracterizado por que dicho grupo (7) de lentes de relé tiene una apertura numérica en el intervalo de ,17 a ,3 y es funcional en uso para acondicionar la luz de modo que la misma no es colimada en un grado predeterminado antes de incidir en el elemento o elementos ópticos, y por que dicha lente o grupo de lentes (12a) de acondicionamiento están adaptadas de modo que, en uso, compensan cualquier aberración producida por el grupo (7) de lentes de relé o el elemento o elementos ópticos.

2. Aparato de visualización según la reivindicación 1, caracterizado por que el grupo (7) de lentes de relé tiene una apertura numérica en el intervalo de ,22 a ,28.

3. Aparato de visualización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el aparato de visualización comprende además un aparato (12) de zoom para magnificar la imagen visualizada.

4. Aparato de visualización según la reivindicación 3, caracterizado por que la lente o grupo de lentes (12a) de acondicionamiento están incorporadas en el aparato (12) de zoom.

5. Aparato de visualización según cualquiera de las reivindicaciones 3 o 4, caracterizado por que el aparato (12) de zoom comprende dos o más grupos de elementos (12a, 12b) de lente y puede ser accionado por movimiento relativo lineal entre los dos o más grupos.

6. Aparato de visualización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento o elementos ópticos comprenden uno o más prismas de Risley (9).

7. Aparato de visualización según la reivindicación 6, caracterizado por que al menos uno de los prismas (1, 11) de cuña que comprende al menos uno de los prismas (9) de Risley comprende dos o más elementos (1a, 1b, 11a, 11 b), estando conformado cada elemento en un material con un índice de refracción diferente.

8. Aparato de visualización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el aparato de visualización comprende un tope (13) de apertura.

9. Aparato de visualización según la reivindicación 3, caracterizado por que un tope (13) de apertura está dispuesto en el interior del aparato (12) de zoom.

1. Aparato de visualización según la reivindicación 8 o la reivindicación 9, caracterizado por que el grupo (7) de lentes de relé es funcional en uso para proyectar una imagen real del tope (13) de apertura hacia delante desde el primer extremo (8) del aparato de visualización al interior de un espacio objeto, produciendo por lo tanto una pupila de entrada externa.

11. Aparato de visualización según la reivindicación 1, caracterizado por que, en uso, la imagen real del tope (13) de apertura permanece fija con respecto al aparato de visualización.

12. Aparato de visualización según la reivindicación 1 o la reivindicación 11, caracterizado porque la imagen real del tope (13) de apertura es proyectada hacia delante para producir una pupila de entrada a una distancia en el intervalo de 2 a 4 milímetros del primer extremo (8) del aparato de visualización.

13. Aparato de visualización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el aparato de visualización está contenido en uso en el interior de una carcasa (3), teniendo dicha carcasa (3) un orificio (6) en la misma, estando dispuesto el aparato de visualización en la carcasa (3) de modo que la imagen real del tope (13) de apertura proyectada por el grupo (7) de lentes de relé es sustancialmente coincidente con el orificio (6).

14. Método de visualización de un sujeto a través de un orificio (6) que comprende el uso del aparato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el orificio se dispone en una barrera que no está conectada al aparato y en el que el aparato se dispone de modo que la imagen real del tope (13) de apertura proyectada hacia delante por el aparato de relé es sustancialmente coincidente con el orificio (6).

15. Método según la reivindicación 14, caracterizado por que el orificio (6) tiene un diámetro en el intervalo de ,3 a

1 milímetro.

16. Método según la reivindicación 14 o 15, caracterizado por que el orificio (6) produce una apertura relativa en el intervalo de F/7 a F/15.


 

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