ES2257299T3 - Sistema optico. - Google Patents

Abstract

Un sistema (10) óptico que comprende al menos un elemento (11) de iluminación y al menos un medio (13) de recepción, dispuestos ambos detrás de una sola ventana (14) óptica, que tiene una pluralidad de superficies de reflexión, caracterizado porque: dicha ventana óptica está configurada de manera tal que define una forma que tiene al menos una curva (D) focal que está en un plano (B), donde la luz emitida desde un punto de dicha al menos una curva (D) focal y reflejada internamente por dicha ventana óptica se propaga hacia otro punto de dicha al menos una curva (D) focal; y en el que dicho al menos un elemento (11) de iluminación está situado en la curva (D) focal, y dicho al menos un medio (13) de recepción está situado en o cerca de del plano (B) de la curva focal, pero no en ni cerca de de la curva (D) focal, de manera tal que, durante la iluminación, los rayos procedentes del elemento de iluminación, que se reflejan internamente en las superficies de la ventana óptica, no serán incidentes en el medio de recepción.

Description

Sistema óptico.

La presente invención se refiere a un sistema óptico para la iluminación y observación de un objetivo.

Un sistema óptico para la iluminación y observación de un objetivo que comprende un objetivo, una fuente de iluminación del objetivo y un medio de recepción de la luz remitida desde el objetivo, puede ser definido por un eje de iluminación y un eje óptico que convergen en el objetivo.

Dicho sistema óptico puede ser tan sencillo como un operador de una fuente de iluminación que observa un objetivo, donde el operador representa el medio de recepción de la luz remitida desde el objetivo. Un ejemplo de dicho sistema óptico es un operador de un vehículo que está dentro del vehículo y está mirando a un objetivo iluminado tal como una carretera o las paredes de un túnel.

Los sistemas ópticos más complejos incluyen procesadores automatizados como medios de recepción de la luz remitida desde el objetivo observado. Ejemplos de dichos sistemas ópticos se pueden encontrar en aparatos de diagnóstico tales como los dispositivos endoscopios. Los endoscopios descritos en la técnica comprenden un elemento de captación de imágenes y un elemento de iluminación para iluminar un objetivo examinado.

Para estos sistemas ópticos es conveniente tener el elemento de iluminación y el medio de recepción contenidos dentro de un solo compartimiento, es decir, que sea una sola ventana óptica.

En un vehículo que lleva un operador, los elementos de iluminación están situados normalmente fuera del vehículo, lo que exige, por lo tanto, que el operador salga del vehículo para reparaciones y similares. En vehículos tales como submarinos o trenes que se desplazan en un túnel oscuro, esta puede ser una tarea peligrosa.

En aparatos de diagnóstico, especialmente en aquellos que se deben insertar en orificios del cuerpo, es aconsejable que tengan una sola ventana óptica por consideraciones higiénicas y prácticas.

Un problema frecuente encontrado al estar contenidos el elemento de iluminación y el medio de recepción de la luz remitida detrás de una sola ventana óptica es el "ruido" (retrodispersión y desvío de la luz) producido por la luz remitida desde la misma ventana óptica, que es recibida por el medio de recepción.

Las técnicas usadas actualmente para reducir el ruido incluyen la utilización de medios de guiado de la luz, o la separación del elemento de iluminación del medio de recepción.

Por ejemplo, el documento US 5.840.014 (Miyano y otros) describe un endoscopio que tiene una ventana de iluminación y una ventana de observación que tiene una cubierta protectora desmontable y un material transparente para purgar el aire del espacio entre el extremo frontal y la cubierta desmontable, para reducir pérdidas de la cantidad de luz de iluminación. Otro ejemplo está en el documento JP 03264003A, en el que se aplica una parte de extinción de la luz a la superficie interior de la ventana entre la fuente de luz y la parte de recepción de la luz, para absorber una parte de la luz reflejada entre las dos.

La presente invención, definida en las reivindicaciones adjuntas, provee un sistema óptico para iluminar y observar un objetivo en el que están dispuestos un elemento de iluminación y un medio de recepción detrás de una sola ventana óptica, y que obtiene datos esencialmente sin retrodispersión ni desviación de luz.

El sistema óptico de acuerdo con la presente invención comprende al menos un elemento de iluminación y al menos un medio de recepción, dispuestos ambos detrás de una sola ventana óptica que tiene una pluralidad de superficies de reflexión.

La ventana óptica está configurada de manera tal que define una forma que tiene al menos una curva focal.

El al menos un elemento de iluminación y el al menos un medio de recepción están situados geométricamente sobre el plano de la curva focal o en la proximidad del plano de la curva focal, de manera tal que, al iluminar, los rayos de los elementos de iluminación, que se reflejan internamente en las superficies de la ventana óptica, no pueden incidir sobre el medio de recepción.

Se debe estimar que el término "medio de recepción" se refiere a cualquier medio adecuado para recibir, procesar o transmitir posteriormente los rayos de iluminación remitidos desde un objetivo o los datos derivados de estos rayos.

En una realización de la invención la ventana óptica es un domo en forma de elipsoide. Sobre la curva focal del elipsoide están situados una pluralidad de elementos de iluminación y, sobre el eje de simetría del elipsoide está situado un medio de recepción equidistante de los elementos de iluminación.

Los componentes del sistema, colocados de esta manera, aseguran que, durante la iluminación, toda la luz reflejada internamente en las superficies de la ventana óptica sea recibida en puntos de la curva focal y que no incida sobre el medio de recepción.

La presente invención provee además un instrumento de diagnóstico que comprende un sistema óptico de acuerdo con la presente invención.

Breve descripción de las figuras

La presente invención se entenderá y se apreciará más completamente con la siguiente descripción detallada y con ayuda de las figuras en las que:

Las figuras 1A y 1B son ilustraciones esquemáticas en dos y tres dimensiones, respectivamente, de un sistema óptico de acuerdo con la presente invención; y

Las figuras 2A y 2B son ilustraciones esquemáticas de dos realizaciones que comprenden el sistema óptico de la presente invención; un dispositivo de diagnóstico y un vehículo que lleva el medio de recepción, respectivamente.

Descripción detallada de la invención

La presente invención se refiere a un sistema óptico basado en la colocación geométricamente tanto de elementos de iluminación como de un medio de recepción de luz detrás de una sola ventana óptica, de manera tal que la luz reflejada internamente en la ventana óptica no puede incidir sobre el medio de recepción.

La ventana óptica, que está hecha de cualquier vidrio o plástico adecuado, se puede ver como integrada por superficies de niveles infinitesimales, reflejando internamente la superficie de cada nivel un rayo de iluminación incidente sobre ella con un ángulo de reflexión igual al ángulo de incidencia. Las superficies de los niveles están inclinadas unas respecto de las otras de manera tal que los rayos de iluminación reflejados convergen siempre en un único punto conocido.

Esta integración puede dar lugar a una forma que tiene puntos focales (por ejemplo, una elipse) y una ventana óptica integrada de tal manera que tendría la propiedad óptica de que los rayos de luz emitidos desde un punto focal, que se reflejan internamente, se propagarán hacia el segundo punto focal. En una forma tridimensional (tal como un elipsoide) los rayos de luz emitidos desde un punto de una curva focal, que se reflejan internamente, se propagarán hacia otro punto de la curva focal.

Por ejemplo, en el campo de los sistemas de lámpara de arco, esta propiedad se usa para captar energía eficientemente. Por ejemplo, en los alojamientos de la lámpara Modelo A-1010 y A-1010B suministrados por Photon Technology Internacional de New Jersey, EE. UU., en un foco de un reflector elipsoidal está situada una fuente en arco y la radiación se refleja hacia el otro foco. La energía se capta eficientemente ya que la luz se lleva a un foco por reflexión y no por refracción (a través de lentes) de manera tal que no hay pérdida alguna debida a la absorción o a la retrorreflexión de la superficie de la lente.

En el sistema óptico de la presente invención, los elementos de iluminación están situados en puntos focales y la posición del medio de recepción no coincide con los puntos focales, asegurando de esta manera que la luz reflejada internamente se propague hacia los puntos focales y que no sea recibida por el medio de recepción.

A continuación se hace referencia a la figura 1A que es una representación esquemática en dos dimensiones de un sistema óptico de acuerdo con la presente invención.

La figura 1A es una ilustración bidimensional de un sistema óptico referenciado generalmente con el numeral 10. El sistema 10 óptico comprende un elemento 11 de iluminación y un medio 13 de recepción, ambos dispuestos detrás de una ventana 14 óptica, para observar el objetivo 15. La ventana 14 óptica tiene una superficie configurada de manera tal que una forma definida por ella y por la línea A discontinua tiene un eje B de simetría y dos puntos 19 y 12 focales. El elemento 11 de iluminación está situado en el punto 19 focal y el medio 13 de recepción está situado sobre el eje B de simetría no coincidente ni con el punto 19 ni con el punto 12 focales.

La dirección de los rayos de luz emitidos desde el elemento 11 de iluminación se deducirá, por ejemplo, del comportamiento de los rayos de iluminación en el sistema óptico de la invención. La luz 16 se emite desde el elemento 11 de iluminación (la posición de dicho elemento coincide con el punto 19 focal) para iluminar el objetivo 15. Un cierto porcentaje de la luz (representada por el rayo 17) se refleja internamente en las superficies 14' y 14'' de la ventana 14 óptica y se propaga hacia el segundo punto 12 focal. Un porcentaje de la luz 16 (representada por el rayo 18) incide en el objetivo 15, se refleja en el objetivo 15 y es recibida por el medio 13 de recepción.

De esta manera, los rayos de luz reflejados internamente (tal como el rayo 17) se propagan hacia áreas fuera del área del medio 13 de recepción.

El medio 13 de recepción tampoco está expuesto a la iluminación directa desde el elemento 11 de iluminación. La luz 16 del elemento 11 de iluminación puede iluminar en una banda circular que es tangente a la línea B. En este caso, si el medio 13 de recepción está situado en la línea B, no recibirá directamente rayo de iluminación alguno desde el elemento 11 de iluminación. Alternativamente, el medio 13 de recepción puede estar oculto en un nicho 13' para evitar la recepción directa de rayos de iluminación desde el elemento 11 de iluminación.

De esta manera, la situación geométrica de los componentes del sistema asegura que no se reciba en el medio 13 de recepción retrodispersión alguna, como el rayo 17, ni luz directa, sino solamente luz incidente, como el rayo 18.

En realidad, la ventana 14 óptica tiene una forma tridimensional. En la figura 1B se muestra una representación tridimensional del sistema 10 óptico de la figura 1A.

La figura 1B que muestra el sistema 10 óptico muestra también el plano B, formado a lo largo de la línea B de la figura 1A. El eje C es perpendicular al plano B. La forma sobre el plano B que está definida por la ventana 14 óptica, abarca la curva D focal.

Sobre la curva D focal pueden estar situados una pluralidad de elementos de iluminación, tales como el 11 y el 11', para permitir una iluminación espacial uniforme, aunque se debería apreciar que se puede usar cualquier número de elementos de iluminación de acuerdo con los requisitos específicos del siste-
ma.

El medio 13 de recepción está situado en un punto que está en o cerca del eje C, esencialmente a una distancia igual de ambos elementos 11 y 11' de iluminación, y en o cerca del plano B, de manera tal que recibe la luz incidente remitida desde el objetivo 15. Toda la luz irradiada desde los elementos 11 y 11' de iluminación que se refleja internamente en las superficies de la ventana óptica es recibida en puntos de una curva D focal y no es incidente en el medio 13 de recepción.

De esta manera, los datos obtenidos por el medio 13 de recepción están esencialmente sin luz de retrodispersión ni de desviación.

En las figuras 2A y 2B se ilustran, presentadas como realizaciones diferentes, dos de las posibles aplicaciones del sistema óptico de la presente invención.

La figura 2 A ilustra una cápsula tragable que incluye a) un sistema de cámara, b) un sistema óptico para captar imágenes de un área de interés en el sistema de cámara y c) un transmisor que transmite la salida de vídeo del sistema de cámara. Dicha cápsula tragable se revela en la patente de EE. UU. US 5.604.531, asignada a los beneficiarios comunes de la presente solicitud. La cápsula tragable puede pasar a través de todo el tracto digestivo y, de esta manera, opera como endoscopio de vídeo autónomo.

La cápsula, referenciada generalmente con el numeral 20, está configurada como un elipsoide. La cápsula 20 comprende una unidad 21 de alojamiento y una unidad 23 de observación para observar un punto 29 objetivo situado en la pared del tracto digestivo. La unidad 23 de observación comprende un sistema óptico de acuerdo con la invención.

El sistema óptico comprende una ventana 24 óptica protectora, preferiblemente hecha de isoplast, dos elementos 25 y 27 de iluminación y un dispositivo 28 de obtención de imágenes. Los elementos 25 y 27 de iluminación están situados en un plano focal perpendicular al eje de simetría del elipsoide definido por el cuerpo de la cápsula 20. El dispositivo 28 de obtención de imágenes, tal como una cámara, está situado sobre el eje de simetría de la cápsula 20.

Los rayos de luz emitidos desde los elementos 25 y 27 de iluminación, que llegan a un punto 29 objetivo de la pared del tracto digestivo se reflejan hacia el dispositivo 28 de obtención de imágenes, mientras que los rayos de luz reflejados internamente en la ventana 24 óptica protectora se propagan hacia puntos sobre la curva focal y no hacia el dispositivo 28 de obtención de imágenes.

Se debe apreciar que la ventana 28 óptica protectora que es una unidad única y completa, se puede desechar fácilmente y se puede sustituir sin problemas entre pases diferentes a través del tracto digestivo. Este hecho, que no es asequible para los endoscopios descritos en la técnica, contribuye al uso fácil y estéril de un dispositivo de diagnóstico que comprende el sistema óptico de la invención.

De esta manera, la presente invención provee un dispositivo de diagnóstico integrado fácilmente, esencialmente sin ruido, tal como la retrodispersión y la desviación de luz.

La figura 2B ilustra un vehículo, tal como un submarino, referenciado generalmente con el numeral 30. El submarino 30 tiene una forma tal que su excentricidad es igual o mayor que cero y menor que 1.

El submarino 30 comprende una unidad 31 de propulsión y una celda 33 de observación, cubierta por una ventana 34, en la que un operador o un dispositivo 38 de monitorización está situado sobre el eje de simetría de la forma del submarino 30. Un objetivo 39 de interés, en las aguas profundas, está siendo observado. El objetivo 39 de interés está iluminado por elementos 35 y 37 de iluminación que están situados sobre un plano focal de la forma definida por el cuerpo del submarino 30, de manera tal que los rayos de luz reflejados internamente en la ventana 34 no ciegan al operador y/o no son recibidos por el dispositivo 38 de monitorización.

Claims (8)

1. Un sistema (10) óptico que comprende al menos un elemento (11) de iluminación y al menos un medio (13) de recepción, dispuestos ambos detrás de una sola ventana (14) óptica, que tiene una pluralidad de superficies de reflexión, caracterizado porque:

dicha ventana óptica está configurada de manera tal que define una forma que tiene al menos una curva (D) focal que está en un plano (B), donde la luz emitida desde un punto de dicha al menos una curva (D) focal y reflejada internamente por dicha ventana óptica se propaga hacia otro punto de dicha al menos una curva (D) focal; y

en el que dicho al menos un elemento (11) de iluminación está situado en la curva (D) focal, y dicho al menos un medio (13) de recepción está situado en o cerca de del plano (B) de la curva focal, pero no en ni cerca de la curva (D) focal, de manera tal que, durante la iluminación, los rayos procedentes del elemento de iluminación, que se reflejan internamente en las superficies de la ventana óptica, no serán incidentes en el medio de recepción.

2. Un sistema óptico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el elemento (11) de iluminación está dispuesto para iluminar un objetivo (15) en la parte opuesta de la ventana óptica y en el que los rayos de iluminación remitidos desde el objetivo son recibidos por el medio de recepción.

3. Un sistema óptico de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que la forma definida por la ventana (14) óptica es un elipsoide.

4. Un sistema óptico de acuerdo con la reivindicación 1, 2 o 3, en el que el al menos un medio (13) de recepción está situado en un nicho (13').

5. Un dispositivo (20) de diagnóstico que comprende un sistema óptico de acuerdo con la reivindicación 1, 2, 3 o 4.

6. Un dispositivo de diagnóstico de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el dispositivo es un endoscopio.

7. Un dispositivo de diagnóstico de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el dispositivo (20) es una cápsula tragable que comprende un sistema de obtención de imágenes del tracto digestivo y un transmisor que transmite la salida del sistema de obtención de imágenes en el que el sistema de obtención de imágenes del tracto digestivo comprende el medio (13) de recepción.

8. El uso de un sistema (10) óptico de acuerdo con la reivindicación 1, 2, 3 o 4 para observar un objetivo (15) fuera de la ventana (14) óptica del sistema óptico.