Dispositivo de formación de imágenes.

Un dispositivo de formación de imágenes (11; 120) para proporcionar un gran campo de visión,

que comprende: una pluralidad de lentes (12; 124, 121) dispuestas de manera que los ejes de dos o más de las lentes convergen; un sensor sustancialmente plano (14; 130) que tiene una pluralidad de píxeles;

medios de guiado de luz (15); que comprenden una pluralidad de guías de luz para dirigir la luz recibida por medio de dicha pluralidad de lentes hacia dicho sensor, comprendiendo dichos medios de guiado de luz una o más placas frontales de fibra óptica (15);

en el que dichos medios de guiado de luz tienen una forma que permite dirigir luz de manera que la luz que proviene de una región central en un campo de visión del dispositivo de formación de imágenes es detectada por dicho sensor con una resolución angular por píxel diferente que para la luz que proviene de regiones periféricas en el campo de visión,

y en el que los medios de guiado de luz están provistos de facetas (a, b, c; 125, 122) de manera que cada faceta recibe luz de una lente correspondiente,

y en el que algunas facetas (a, c; 125) están inclinadas con respecto al sensor plano, de manera que la luz incidente que proviene de una lente correspondiente puede ser focalizada en una faceta inclinada respectiva, y en el que cualquier superficie de la placa frontal (15) con una superficie inclinada que no es ortogonal al eje longitudinal de las fibras ópticas que forman la placa frontal tiene dicha superficie inclinada modificada (91, 96) con el fin de facilitar el guiado de la luz de entrada.

Dispositivo de formación de imágenes

Antecedentes

a. Campo de la invención La presente invención se refiere a un dispositivo de formación de imágenes, de forma particular pero no exclusivamente a un dispositivo de formación de imágenes miniaturizado para la formación de imágenes en la región del infrarrojo cercano del espectro electromagnético.

b. Técnica relacionada Los modernos sensores de imágenes de silicio de tipo CCD y CMOS se están haciendo extremadamente pequeños, de manera que el tamaño de paquete de las cámaras miniaturizadas comerciales está pasando a estar dominado por la óptica de formación de imágenes, aun cuando esta última sea tan sólo una estructura que soporte una cámara oscura. Recientemente, se han ofrecido muestras de cámaras de peso extremadamente ligero que funcionan en la región visible del espectro. Dichas cámaras están inspiradas por sistemas biológicos de formación de imágenes. Ideas similares para cámaras desarrolladas para funcionar en el infrarrojo ayudarían a reducir drásticamente los requisitos de tamaño, peso y refrigeración en muchas aplicaciones de formación de imágenes, que ofrecen también reducciones sustanciales de coste. Además, los diseños de gran campo de visión pueden simplificar potencialmente los sistemas de control que dependen de la formación de imágenes en el infrarrojo cercano.

Es deseable producir un dispositivo de formación de imágenes en el infrarrojo cercano (IRC) con las siguientes características -capacidad para funcionar a 1.064 nm.

- campo de visión total de 120º

- resolución de píxel de â 3 mrad Un dispositivo de formación de imágenes de inspiración biológica que está inspirado por la construcción de los ojos de los insectos consistente en un sensor convexo segmentado acoplado a una red de microlentes de forma similar podría cumplir con estos requisitos. Para reducir al mínimo el tamaño, este diseño requeriría que una serie de matrices de pequeños sensores individuales estuviera densamente empaquetada en ángulos específicos. Sin embargo, el diseño y fabricación de sensores de este tipo será probablemente costoso. A largo plazo, los sensores fabricados con sustratos de polímeros flexibles proporcionarían una solución viable, si bien en la actualidad es deseable proporcionar un dispositivo de formación de imágenes que pueda usar un único sensor plano convencional.

Es posible usar un sensor plano si se usa óptica de deflexión del haz. Si los haces experimentan una deflexión antes de entrar en las lentes entonces puede usarse también una disposición plana de las lentes. Se propone un ejemplo 45 en las lentes holográficas en Tai y col. en 'Design and Fabrication of a Wide-Field Holographic Lens for a Laser Communication Receiver', A.M. Tai, M.T. Eismann y B.D. Neagle. Opt. Eng. 32 (12) 1993 pág. 3254 3266. Se ilustra esquemáticamente en la figura 1 en la que un sensor plano 1 recibe los haces A, B, C por medio de las lentes 2 después de deflexión de los haces A, C, por los hologramas 3. Sin embargo para obtener altas eficacias de deflexión en un gran campo de visión sería necesario segmentar adicionalmente los hologramas; lo que de nuevo sería complejo y costoso.

Como una alternativa a los hologramas, pueden usarse prismas para la deflexión de los haces antes de entrar en la lente tal como se ilustra esquemáticamente en la figura 2 en la que un sensor plano 1 recibe los haces A, B, C por medio de las lentes 2 después de la deflexión de los haces A, C, por los prismas 4. Alternativamente pueden 55 proporcionarse prismas en la superficie del sensor. Sin embargo, los prismas son voluminosos en cuanto a su fabricación y provocarán aberraciones cromáticas. Además, el despliegue en la superficie del sensor tenderá a generar astigmatismo y coma adicional debido al haz convergente tal como se describe en 'Formulas for the Coma and Astigmatism of Wedge Prisms used in Converging Lightâ?, J.W. Howard. App. Opt. 24 (23) 1985, pág. 4265-4268.

En el documento US-A-7286295 se muestran sistemas de formación de imágenes de lentes compuestas que usan una placa frontal de fibra.

Por tanto se desea producir un dispositivo de formación de imágenes miniaturizado económico que tenga las características descritas anteriormente.

Sumario de la invención

Según la invención se proporciona un dispositivo de formación de imágenes que comprende:

al menos una lente; 5 un sensor sustancialmente plano que tiene una pluralidad de píxeles;

medios de guiado de luz que comprenden una pluralidad de guías de luz para dirigir la luz recibida por medio de dicha al menos una lente hacia dicho sensor;

en el que dichos medios de guiado de luz están modelados para dirigir la luz de manera que la luz procedente de una región central en un campo de visión del dispositivo de formación de imágenes sea detectada por dicho sensor con una resolución angular por píxel diferente que para la luz procedente de regiones periféricas en el campo de visión;

en el que el dispositivo de formación de imágenes comprende una pluralidad de lentes dispuestas de manera que los ejes de dos o más de las lentes convergen; y dichos medios de guiado de luz comprenden una o más placas frontales de fibra óptica.

En el que los medios de guiado de luz comprenden una placa frontal de fibra óptica que tiene una o más facetas recibiendo cada faceta luz de una lente asociada;

en el que cualquier superficie de la placa frontal con una superficie inclinada que no es ortogonal al eje longitudinal de las fibras ópticas es modificada para facilitar el guiado de luz de entrada con el fin de superar el hecho de que la desviación del haz debida a refracción en la superficie inclinada se reduzca.

En varias realizaciones la superficie es modificada:

- proporcionando una superficie de difusión en la superficie de las guías de luz;

- proporcionando una superficie escalonada en la superficie de las guías de luz; o -proporcionando una película delgada prismática en la superficie de las guías de luz.

En la realización preferida las lentes están dispuestas de manera que proporcionan un campo de visión de Ï? estereorradianes. En este caso, preferentemente nueve lentes están dispuestas en una matriz de tres por tres de manera que una sección transversal de la red de lentes es igual a la tercera parte de un polígono regular de nueve lados.

En una realización preferida se simula un sensor con foveación mediante la segmentación del sensor y la luz es guiada desde las lentes de manera que se obtiene una resolución más elevada cerca del centro del sensor y se obtiene una resolución más baja cerca de la periferia del sensor.

En otra realización de la invención la lente es una lente esférica y los medios de guiado de luz comprenden una 45 pluralidad de guías de luz paralelas dispuestas para formar una placa que tiene un rebaje curvado, el rebaje está dispuesto para recibir una parte del plano de imagen de dicha lente y para acoplar luz recibida por dicho plano de imagen a dicho sensor.

En esta realización, preferentemente dicha lente es una lente de gradiente de índice. Preferentemente los medios de guiado de luz comprenden una placa frontal de fibra óptica en bisel, en la que el grado de foveación en el dispositivo de formación de imágenes está determinado por el ángulo de bisel en la placa frontal de fibra óptica en el rebaje curvado. En una realización preferida adicional, el rebaje curvado es modificado de manera que cada fibra óptica tiene una superficie de recepción de luz que es ortogonal al eje longitudinal de la fibra.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se describirán realizaciones de la invención a modo sólo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 es una ilustración esquemática de un dispositivo de formación de imágenes de lentes múltiples de la técnica anterior que emplea deflexión de haces holográficos;

la figura 2 es una ilustración esquemática de un dispositivo de formación de imágenes de lentes múltiples de la técnica anterior que emplea prismas para deflexión de haz;

la figura 3 es una ilustración de un dispositivo de formación de imágenes según una realización de la presente

invención;

la figura 4 es una ilustración de un dispositivo de formación de imágenes según una segunda realización de la presente invención;

la figura 5a es una ilustración de una primera disposición de una pluralidad de lentes para su uso en la presente invención;

la figura 5b es una ilustración de ejemplo de una disposición de... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de formación de imágenes (11; 120) para proporcionar un gran campo de visión, que comprende:

una pluralidad de lentes (12; 124, 121) dispuestas de manera que los ejes de dos o más de las lentes convergen;

un sensor sustancialmente plano (14; 130) que tiene una pluralidad de píxeles;

medios de guiado de luz (15) ; que comprenden una pluralidad de guías de luz para dirigir la luz recibida por medio de dicha pluralidad de lentes hacia dicho sensor, comprendiendo dichos medios de guiado de luz una o más placas frontales de fibra óptica (15) ;

en el que dichos medios de guiado de luz tienen una forma que permite dirigir luz de manera que la luz que proviene de una región central en un campo de visión del dispositivo de formación de imágenes es detectada por dicho sensor con una resolución angular por píxel diferente que para la luz que proviene de regiones periféricas en el campo de visión, y en el que los medios de guiado de luz están provistos de facetas (a, b, c; 125, 122) de manera que cada faceta recibe luz de una lente correspondiente, y en el que algunas facetas (a, c; 125) están inclinadas con respecto al sensor plano, de manera que la luz incidente que proviene de una lente correspondiente puede ser focalizada en una faceta inclinada respectiva, y en el que cualquier superficie de la placa frontal (15) con una superficie inclinada que no es ortogonal al eje longitudinal de las fibras ópticas que forman la placa frontal tiene dicha superficie inclinada modificada (91, 96) con el fin de facilitar el guiado de la luz de entrada.

2. Un dispositivo de formación de imágenes según la reivindicación 1, en el que dichos medios de guiado de luz comprenden una única placa frontal de fibra óptica.

3. Un dispositivo de formación de imágenes según la reivindicación 2, en el que dicha superficie inclinada es modificada proporcionando una superficie de difusión en la superficie de las guías de luz.

4. Un dispositivo de formación de imágenes según la reivindicación 2, en el que dicha superficie inclinada es

modificada proporcionando una superficie escalonada de manera que cada fibra óptica tiene una superficie de recepción de luz que es ortogonal al eje de la fibra.

5. Un dispositivo de formación de imágenes según la reivindicación 2, en el que dicha superficie inclinada es modificada proporcionando una película delgada prismática en la superficie de las guías de luz.

6. Un dispositivo de formación de imágenes según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las lentes están dispuestas para proporcionar un campo de visión sustancialmente de Ï? estereorradianes.

7. Un dispositivo de formación de imágenes según la reivindicación 6 en el que nueve lentes están dispuestas en

una matriz de tres por tres de manera que una sección transversal de la red de lentes es igual a la tercera parte de un polígono regular de nueve lados.

8. Un dispositivo de formación de imágenes según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el sensor está segmentado, y la luz es guiada desde las lentes de manera que se obtiene una resolución más elevada cerca del centro del sensor y se obtiene una resolución más baja cerca de la periferia del sensor.

9. Un dispositivo de formación de imágenes según la reivindicación 1, en el que dicha al menos una lente es una lente esférica y en el que dichos medios de guiado de luz comprenden una pluralidad de guías de luz dispuestas para formar una placa que tiene un rebaje curvado, estando el rebaje dispuesto para recibir una parte del plano de

imagen de dicha lente, y para acoplar la luz recibida en dicho plano de imagen a dicho sensor.

10. Un dispositivo de formación de imágenes según la reivindicación 9, en el que dicha lente es una lente de gradiente de índice.

11. Un dispositivo de formación de imágenes según la reivindicación 9 ó 10, en el que los medios de guiado de luz comprenden una placa frontal de fibra óptica en bisel, en el que el grado de foveación en el dispositivo de formación de imágenes está determinado por el ángulo de bisel en la placa frontal de fibra óptica en el rebaje curvado.

12. Un dispositivo de formación de imágenes según la reivindicación 11, en el que el rebaje curvado es modificado

de manera que cada fibra óptica tiene una superficie de difusión o una superficie de recepción de luz que es ortogonal al eje longitudinal de la fibra.

13. Un dispositivo de formación de imágenes según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que el tamaño de cada guía de luz es sustancialmente igual o inferior al tamaño de píxel del sensor.