IT8319876A1 - Sistema ottico di scansione per la ripresa o la generazione di immagini - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

"Sistema ottico di scansione per la ripresa o la generazione di immagini"

Riassunto

Un sistema per la scansione ottica di una scena in almeno una dimensione comprende un rotore riflettente sfaccettato di scansione quale elemento di scansione. Allo scopo di avere un elevato rendimento di scansione, ? previsto un cosiddetto tracciamento delle faccette in modo che il percorso del fascio sia riflesso da una prima (B) e da una seconda (A) area di riflessione sul rotore, entrambe le aree essendo disposte in un percorso del fascio non collimato. Un mezzo ottico (11) di convergenza del fascio ? disposto sul percorso del fascio tra la scena ed il rotore per formare un'immagine primaria della scena tra il mezzo di convergenza del fascio ed il rotore. Uno specchio sostanzialmente sferico (9) ? disposto sul percorso del fascio nel sistema tra la prima (B) e la seconda (A) area di riflessione. Un sensore di radiazione (D) ? disposto all'estremit? del percorso del fascio. Un elemento ottico di convergenza del fascio (3; 3 ; 22; 23; 30; 33; 34; 38; 52), quale una lente positiva o uno specchio sostanzialmente sferico, ? disposto sul percorso del fascio tra il primo specchio sostanzialmente sferico (9) e la seconda area di riflessione (A). Sono previsti mezzi (4, 5; 50, 51, 33; 46, 33; 36, 38) per formare un'immagine reale del sensore di radiazione (D) sul percorso del fascio in una posizione compresa tra il primo specchio sostanzialmente sferico (9) ed una posizione talmente vicina all'elemento ottico di convergenza del fascio per cui l'elemento funge da elemento di campo per questa posizione dell'immagine reale.

La presente invenzione si riferisce ad un sistema ottico di scansione, che realizza una scansione ottica in almeno una dimensione e che comprende un rotore riflettente sfaccettato. L?invenzione ? applicabile ad una scansione lineare o monodimensionale e ad una scansione simultanea orizzontale e verticale o bidimensionale, ad esempio per la generazione di immagini.

Nell'applicazione dell?invenzione, una scena o oggetto ? rapidamente esplorato lungo una linea mediante un sistema di scansione comprendente un rotore disposto sul percorso del fascio di radiazione di scansione ed avente una pluralit? di faccette riflettenti contigue disposte in forma poligonale intorno alla periferia del rotore. Il fascio di radiazione per la scansione dall'area rilevata della scena ? diretto attraverso il sistema di scansione verso uno o pi? sensori di radiazione. Durante ogni scansione la scena ? progressivamente esplorata lungo una linea orizzontale e l'uscita del sensore di radiazione costituisce perci? un segnale video adatto per la rappresentazione su un monitor CRT. Per ogni cambio di faccetta sul percorso del fascio la scansione ? ripetuta. Ci? fornisce una scansione orizzontale (scansione in una prima dimensione). Come ? ben noto nella tecnica, una scansione verticale simultanea (scansione in una seconda dimensione) pu? essere effettuata mediante uno specchio oscillante o qualche altro tipo di elemento di scansione che ruota ad una velocit? inferiore a quella del rotore poligonale e disposto in una pupilla sostanzialmente fissa.

Tuttavia questo sistema di scansione ? adatto non soltanto per funzioni di rilevamento di radiazioni ma anche per la generazione di immagini. Nel caso della generazione di immagini, una sorgente di luce modulata, a variazione rapida, quale un diodo ad emissione di luce (LED) o un laser, prende il posto del sensore di radiazione in un sistema di scansione per il rilevamento di radiazioni, e il percorso del fascio attraverso il sistema di scansione ? invertito rispetto al percorso del fascio di un sistema per il rilevamento di radiazione.

Inoltre rientra nell'ambito dell'invenzione utilizzare simultaneamente lo stesso rotore per funzioni di rilevamento di radiazione e per funzioni di generazione di immagini. In questo caso ? possibile utilizzare gli stessi componenti ottici e lo stesso rotore sfaccettato per le due funzioni inserendo dispositivi di suddivisione del fascio all'ingresso e all'uscita del sistema di scansione. E* inol'-tre possibile utilizzare faccette differenti sullo stesso rotore ma raddoppiare il resto dei componenti ottici necessari per le due funzioni. In entrambi i casi il segnale dal sensore di radiazione ? utilizzato per modulare l?intensit? di luce della sorgente di luce a variazione rapida.

Nei sistemi ottici di scansione aventi un elemento - di scansione sotto forma di un rotore riflettente sfaccettato il passaggio da una faccetta all'altra fa s? che la radiazione proveniente da due direzioni incida simultaneamente sul sensore o, nel caso della generazione di immagini, due fasci incidano simultaneamente su parti differenti dell'immagine. In passato, allo scopo di mantenere il rotore ragionevolmente piccolo, il numero di faccette intorno alla periferia del rotore doveva perci? essere limitato per produrre un rendimento accettabile di scansione, ossia per produrre un rapporto accettabile tra la lunghezza della parte della scansione che fornisce una rappresentazione utile dell'oggetto e la lunghezza totale della scansione.

Una frequenza orizzontale prefissata di scansione ? spesso desiderata affinch? la scansione possa essere compatibile con segnali televisivi. Maggiore pu? essere scelto il numero di faccette intorno alla periferia del rotore, minore pu? essere la velocit? del rotore. Una bassa velocit? del rotore significa un consumo ridotto di energia ed una maggiore vita utile. Perci? sono stati fatti sforzi per aumentare il rendimento di scansione e nello stesso tempo aumentare il numero di faccette.

Un esempio di tale sistema ? descritto nel brevetto statunitense No. 4.030.806. In questo sistema la radiazione proveniente da un laser passa in una prima lente positiva per essere focalizzata sul rotore sfaccettato. Poich? le faccette sono piane, la fecalizzazione esattamente sulle faccette pu? essere effettuata soltanto in due posizioni angolari del rotore per ogni faccetta, scelte preferibilmente in modo che la focalizzazione esatta avvenga quando il fascio ? riflesso da una faccetta vicino alle transizioni tra due faccette. Una seconda lente positiva ? disposta sul percorso del fascio dopo l?area di riflessione da parte della faccetta per collimare il fascio. Specchi piani disposti all'esterno del rotore guidano quindi il fascio sul rotore una seconda volta e in modo tale per cui il fascio si muova in sincronismo con il rotore. Bench? il fascio diretto verso il rotore sia focalizzato esattamente sulla faccetta soltanto per due posizioni angolari del rotore, il fuoco del fascio ? molto vicino alla faccetta in tutta la scansione, ed ogni piccola irregolarit? o rigatura della faccetta influenza notevolmente il percorso del fascio riflesso. Inoltre il fascio riflesso assume percorsi variabili tra le due lenti positive per cui la collimazione del fascio riflesso ? esatta soltanto per due posizioni angolari del rotore per ogni faccetta. E' stato suggerito di eliminare questo problema disponendo riflettori sferici o cilindrici all?esterno del rotore per dirigere il fascio sul rotore la seconda volta. Un dispositivo di questo tipo ? descritto nella domanda di brevetto germanico pubblicata DE-A-3.022.365.

Questo dispositivo comprende un rotore avente due gruppi assialmente contigui di faccette intorno al rotore, un gruppo dei quali comprende faccette curve in forma convessa. Poich? il fascio ? focalizzato sulle superfici curve delle faccette del rotore, rigature ed irregolarit? influenzano notevolmente il percorso del fascio. Inoltre la fabbricazione di un rotore avente tali faccette ? difficile e perci? costosa. Il problema pi? fastidioso relativo alla fabbricazione di un rotore avente faccette riflettenti curve in forma convessa consiste nella misura di controllo a cui ogni rotore fabbricato deve essere sottoposto. Questa misura di controllo ? praticamente impossibile da effettuare senza l'aiuto di equipaggiamenti speciali poich? le transizioni tra le faccette non sono ben definite come nel caso di faccette piane. Si deve notare che anche una variazione molto piccola della lunghezza focale posteriore delle faccette influenza il risultato della scansione, e perci? il rotore deve avere tolleranze di fabbricazione molto ristrette.

Alla luce della discussione precedente, lo scopo principale della presente invenzione consiste nel realizzare un sistema elettrico-ottico perfezionato di scansione, avente un elevato rendimento di scansione, una elevata risoluzione di scansione, che comprende un rotore sfaccettato di facile fabbricazione e di facile controllo, e che ? meno sensibile a rigature ed irregolarit? sulle superfici del rotore.

A questo scopo, il sistema ottico di scansione secondo la presente invenzione comprende le caratteristiche costruttive e la disposizione di elementi esposte nelle rivendicazioni.

Altri scopi e caratteristiche dell'invenzione risulteranno evidenti dalla descrizione seguente fornita in unione con i disegni annessi, nei quali:

la figura 1 rappresenta una vista in pianta di una prima forma di attuazione del sistema di scansione secondo 1'invenzione;

la figura 2 rappresenta una vista in elevazione laterale, parzialmente in sezione, del sistema illustrato nella figura 1;

la figura 3 rappresenta una vista in elevazione laterale, parzialmente in sezione, di una seconda forma di attuazione;

la figura 4 rappresenta una vista in elevazione laterale,parzialmente in sezione, di una terza forma di attuazione;

la figura 5 rappresenta una vista ingrandita di una parte del sistema illustrato nella figura 4 e mostra le riflessioni sulle faccette del rotore che avvengono nell'area di riflessione pi? vicina al sensore;

*la figura 6 rappresenta una vista in elevazione laterale, parzialmente in sezione, di una quarta forma di attuazione;

la figura 7 rappresenta una vista in elevazione laterale, parzialmente in sezione, di una quinta forma di attuazione;

la figura 8 rappresenta una vista in pianta di una sesta forma di attuazione;

la figura 9 rappresenta una vista in elevazione laterale della forma di attuazione illustrata nella figura 8;

la figura 10 rappresenta una vista in pianta di una variante della forma di attuazione illustrata nelle figure 8 e 9, comprendente un gruppo di sensori;

la figura 11 rappresenta una vista in elevazione laterale, parzialmente in sezione, di una settima forma di attuazione; e

la figura 12 rappresenta una vista in pianta di una forma di attuazione avente un percorso visivo supplementare del fascio per realizzare la generazione di immagini in sincronismo con la scansione dell?oggetto.

Nella forma di attuazione illustrata nelle figure 1 e 2, un rotore 1 azionato in rotazione intorno ad un asse C mediante un motore (non rappresentato) comprende faccette riflettenti piane 2 disposte adiacenti l'una all'altra interno alla sua periferia. Nella figura 1 sono rappresentate soltanto sei faccette 2 affinch? l'illustrazione possa essere chiara; in pratica il numero di faccette ? sostanzialmente maggiore. Nella figura 2, che a titolo illustrativo rappresenta il rotore in una posizione angolare differente, le faccette sono rappresentate parallele all'asse C del rotore, ossia le faccette delimitano la superficie circonferenziale di un cilindro poligonale regolare. Alternativamente le faccette possono formare un certo angolo rispetto all'asse del rotore C.

Come si vede pi? chiaramente dalla figura 2, una lente positiva 3 ? disposta di fronte alla parte inferiore del rotore 1 vicino alle faccette 2. Un'immagine PI di un sensore di radiazione D ? formata mediante un sistema di rel? ottico che in questa forma di attuazione comprende due lenti positive 4 e 5. Il fascio di radiazione ? collimato tra le lenti 4 e 5, tra cui sono disposti un filtro ottico 6, che limita la regione di lunghezza d'onda della radiazione incidente sul sensore, ed un arresto di apertura 7, che determina l'apertura di tutto il sistema. In modo usuale un deflettore raffreddato 8 ? disposto in corrispondenza al sensore D.

La lente 3 ? una lente di campo, e l'immagine fissa PI ? una immagine speculare virtuale di un?immagine reale P2, che ? situata entro o vicino alla lente 3 e che, a causa della riflessione in A del fascio su una delle faccette 2,si muove lungo una linea curva entro o molto vicino alla lente durante la rotazione del rotore. Si deve notare che ? l'arresto di apertura 7 nel sistema di rel? ottico 4 e 5 che delimita il fascio di radiazione dall'oggetto o dalla scena che raggiunge il sensore D. Perci? la funzione del dispositivo ? compresa pi? chiaramente se il percorso del fascio ? seguito dal sensore D verso la scena o l'oggetto, anche se la radiazione ? diretta in direzione opposta.

Poich? la lente 3 ? una lente di campo, essa flette il cono di radiazione senza variarne l'angolo di apertura. Uno specchio sostanzialmente sferico 9 ? disposto all'esterno del rotore 1 per riportare la radiazione verso il rotore 1. La lente 3 flette il percorso del fascio in modo che il fascio riportato verso il rotore dallo specchio 9 segua ogni faccetta con una velocit? angolare tale per cui tutto il fascio sia riflesso la:seconda volta dalla parte superiore della stessa faccetta 2 durante la parte utile della scansione.

Dietro le faccette lo specchio 9 forma un'immagine virtuale P3 dell'immagine P2. Poich? durante una scansione l'immagine P2 avanza lungo una linea curva disposta entro o vicino alla lente 3, l'immagine P3 avanza anch'essa lungo una linea curva nello spazio. Il raggio ed il centro di curvatura dello specchio 9 sono scelti rispetto al rotore in modo che la riflessione in B sulla parte superiore della faccetta 2 sia centrata circonferenzialmente sulla faccetta in questa parte per tutta la scansione. A causa della riflessione in B, l'immagine P3 ? una immagine speculare virtuale di una immagine reale P4 disposta nello spazio all'esterno del rotore. Durante la rotazione del rotore, l'immagine P4 si muove lungo una linea curva 10, che ? approssimativamente costituita da un arco circolare concavo rispetto al rotore. Uno specchio sostanzialmente sferico 11 ? disposto in modo che la linea 10 giaccia il pi? vicino possibile sulla sua superficie di focalizzazione e funge da obiettivo del sistema di scansione.

Uno specchio oscillante 12 ? disposto in corrispondenza alla pupilla fissa generata dal sistema di scansione orizzontale. Lo specchio 12 effettua la scansione verticale.

Un riferimento di temperatura T pu? essere disposto ad una estremit? della linea curva 10 in modo che il fascio incida su questo riferimento all'inizio della scansione, ad esempio. -Un secondo riferimento di temperatura (non rappresentato) pu? essere disposto all'altra estremit? della linea curva. Quando si utilizzano due riferimenti di temperatura, essi possono avere temperature differenti e cooperano per fornire un riferimento di livello di temperatura ed un riferimento di risposta. Preferibilmente i riferimenti di temperatura sono disposti alle estremit? della regione ben definita della linea 10 in cui i raggi non provengono da due direzioni differenti.

Nelle figure 1 e 2 la radiazione tra l'oggetto esplorato e lo specchio 11 ? rappresentata collimata. Questa ? la situazione in cui l'oggetto ? disposto lontano dal sistema. Quando l?oggetto ? vicino al sistema di scansione, la regolazione della distanza ? effettuata spostando lo specchio 11 nella direzione indicata dalla freccia E nella figura 2. I due specchi 9 e 11 non devono essere necessariamente perfettamente sferici. Per ridurre l'astigmatismo che ? dovuto al fatto che la radiazione incide sugli specchi con un certo angolo rispetto ai loro assi ottici, come ? evidente ad esempio dalla figura 2, uno o entrambi gli specchi possono essere specchi toroidali o specchi ellissoidali.

Sostanzialmente la lente 3 svolge due funzioni. In primo luogo, grazie alla sua distanza focale in unione con la distanza focale e la posizione dello specchio 9, la lente 3 assicura che il fascio, riflesso in B sul rotore,segua e riempia la larghezza della faccetta 2 e che nessuna radiazione da nessuna faccetta diversa da quella che effettua effettivamente la scansione giunga sul percorso del fascio verso il sensore. In secondo luogo la lente 3 contribuisce alla curvatura di campo in modo che l'immagine P4 si muova lungo una linea curva che ? concava rispetto al rotore, in particolare la linea 10 precedentemente menzionata, in modo da poter utilizzare quale obiettivo uno specchio 11 sostanzialmente sferico. La lente 3 pu? essere sferica o cilindrica.

Poich? l'immagine P2 ? disposta nella lente o molto vicina alla lente di campo 3, il fascio avr? una certa lar? ghezza quando ? riflesso in A sulla faccetta 2 con la conseguenza di una diminuzione secondaria.del rendimento di scansione. Tuttavia questa diminuzione ? nel caso pratico abbastanza piccola ed anche quando sul rotore vi sono molte faccette (dell'ordine di 20),? facile ottenere un rendimento di scansione compreso tra l'80 ed il 90%.

Se l'ingrandimento dell'immagine P2 nell'immagineP3 ? mantenuto basso, preferibilmente non molto maggiore di 1, come nel caso della forma di attuazione illustrata nella figura 3, la realizzazione della curvatura desiderata della linea 10 ? facilitata.

La figura 3 rappresenta un sistema di scansione in cui il percorso del fascio tra la lente 3 e lo specchio 9 ? stato esteso mediante l'inserimento di due specchi piani 13 e 14 sul percorso del fascio tra l'immagine P2 e lo specchio 9I per piegare il fascio. Non ? necessario avere un unico rotore sfaccettato su cui il fascio ? riflesso due volte sulla stessa faccetta. Come ? rappresentato nella figura 3, ? possibile utilizzare due rotori sfaccettati 15 e 16. I due rotori sono disposti su lati differenti di un motore di comando 17. Nella figura i rotori sono rappresentati con lo stesso diametro, ma ci? non ? necessario. Inoltre i rotori non devono avere necessariamente la stessa velocit? angolare o lo stesso verso di rotazione, poich? queste quantit? possono essere le stesse o differenti, in funzione delle dimensioni e delle posizioni della lente e dello specchio ^ rispetto ai due rotori.

Nella forma d? attuazione illustrata nella figura 3 uno specchio oscillante 1 effettua la scansione verticale. Tuttavia la scansione verticale pu? anche essere effettuata disponendo le faccette sul rotore 16 inclinate rispetto all'asse del rotore di un angolo che varia da una faccetta alla successiva. Ci? vale anche per le forme di attuazione illustrate nelle altre figure.

Una terza forma di attuazione del dispositivo secondo l'invenzione ? rappresentata nella figura 4. Il sensore con il sistema associato di rel? ottico 4

? disposto con l'asse ottico sostanzialmente parallelo all'asse del rotore1 Uno specchio piano 21 devia il percorso del fascio verso una faccetta 2 sul rotore, in modo da formare un?immagine fissa P del sensore D dietro la faccetta. Di fronte al rotore 1 ? disposta una lente 22. Sul lato rivolto in direzione opposta al rotore la lente 22 ha un rivestimento riflettente. L'immagine fissa P

? una immagine speculare virtuale di una immagine reale isposta nella lente 22 sopra o vicino al rivestimento riflettente e che si muove nella lente 22 durante la rotazione del rotore come conseguenza della riflessione del fascio sulla faccetta in F. Il fascio ? nuovamente riflesso verso la faccetta 2 dal rivestimento riflettente ed ? nuovamente riflesso sulla faccetta in G. Una ulteriore immagine ? formata dietro la faccetta approssimativamente nello stesso punto dell'immagine

La figura 5 rappresenta una vista ingrandita lungo la linea I-I della figura 1, con il rotore in una posizione angolare differente rispetto alla figura 4, e che illustra le riflessioni del fascio sulla faccetta in F e G e sul rivestimento riflettente della lente 22. Per facilitare l'individuazione del percorso del fascio, i raggi marginali del fascio sono indicati con a e b.

La lente 22 ? dimensionata in modo che, quando la si osserva come nella figura 5, il raggio marginale b del fascio proveniente dallo specchio sia disposto il pi? vicino possibile -al raggio principale P del fascio verso il sensore alle estremit? della scansione, ossia appena prima di una commutazione da una faccetta all'altra.

Il resto dei componenti del dispositivo rappresentato nella figura 4 svolgono funzioni ed hanno dimensioni analoghe a quelle dei componenti 9, 11, 12 rappresentati nelle figure 1 e 2. Il vantaggio della forma di attuazione illustrata nella figura 4 rispetto a quella rappresentata nelle figure 1 e 2 risiede nel fatto che la linea curva percorsa dall'immagine ? pi? lunga nella forma di attuazione illustrata nella figura 4. Cosi questa forma di attuazione esplora un angolo pi? ampio. La lente 22 funge da lente di campo molto potente.

La figura 6 illustra una forma di attuazione in cui l'ottica di collimazione del sistema ? costituita da un sistema di lente 25. In questa forma di attuazione l'elemento di campo ? costituito da uno specchio approssimativamente sferico 23. Uno specchio piano 24 piega il percorso del fascio deviandolo verso lo specchio approssimativamente sferico Come nella forma di attuazione illustrata nella figura 1, una immagine virtuale fissa ? disposta dietro , ^

le faccette. Un'immagine reale che costituisce un'immagine speculare dell'immagine si muove lungo una linea curva vicina allo specchio 23. In questa forma di attuazione ? praticamente impossibile evitare che la linea curva seguita dall'immagine sia convessa rispetto al rotore

Perci? si 'utilizza un sistema di lente 25 quale obiettivo del dispositivo di scansione. Uno specchio oscillante 26 ? disposto nel punto in cui il percorso del fascio tra l'oggetto esplorato e l'obiettivo passa attraverso una pupilla sostanzialmente fissa durante la scansione. Invece di uno specchio oscillante ? possibile utilizzare un rotore sfaccettato per effettuare la scansione verticale.

Si desidera generalmente avere il numero minimo possibile di elementi di rifrazione nei sistemi di scansione, particolarmente nei sistemi di scansione che devono essere utilizzati per la scansione di radiazione entro la regione di lunghezza d'onda infrarossa. Ci? ? dovuto parzialmente al fatto che il ?materiale utilizzato in tali elementi ? molto costoso e parzialmente al fatto che tali elementi richiedono un rivestimento anti-riflessione. La forma di attuazione illustrata nella figura 6 presenta lo svantaggio che la linea curva seguita dall'immagine ? convessa rispetto al rotore per cui si deve utilizzare un obiettivo comprendente un sistema di lenti.

Questo svantaggio ? eliminato nella forma di attuazione illustrata nella figura 7, in cui il rotore ha un numero pari di faccette, l'elemento di campo ? uno specchio sferico 30 e le due riflessioni si verificano-su due faccette differenti 27 e 28 disposte su lati diametralmente opposti del rotore.

Cosi il sensore con il suo sistema 29 di rel? ottico ? disposto sul lato opposto del rotore rispetto agli specchi approssimativamente sferici Un'immagine del sensore e formata dietro la faccetta 27. Questa immagine

? una immagine speculare virtuale di una immagine reale che si muove lungo una linea curva. Uno specchio di campo 30 disposto vicino a questa linea devia il cono di radiazione senza variarne sostanzialmente l'angolo di apertura

Lo specchio forma un'immagine dell'immagine dietro la faccetta 2B. A causa della riflessione sulla faccetta 28, l'immagine ? una immagine speculare virtuale di una immagine che si muove lungo un arco sostanzialmente circolare durante la rotazione del rotore L'arco circolare ? concavo rispetto al rotore e cos? quale obiettivo pu? essere previsto uno specchio sostanzialmente sferico

Le figure 8 e 9 illustrano una ulteriore forma di attuazione avente soltanto elementi ottici riflettenti nel sistema di scansione. Come nella forma di attuazione illustrata nella figura 7, le riflessioni in sul rotore

si verificano su due faccette diametralmente opposte 31 e 32. Uno specchio approssimativamente sferico 33 ? disposto sullo stesso lato del rotore rispetto alla faccetta 31 e quasi nello stesso punto dello specchio 30 nel dispositivo illustrato nella figura 7. Tuttavia, diversamente dallo specchio 30, lo specchio 33 non ? uno specchio di campo. Invece in questa forma di attuazione un'immagine fissa P6 del sensore ? formata di fronte alla faccetta 31. Se lo si desidera, un arresto di campo 34 pud essere disposto in corrispondenza a questa immagine P6 per ridurre la radiazione dispersa che rende questa forma di attuazione preferibile. Il sistema di rel? ottico associato con il sensore pu? essere formato da due specchi sferici 50 e 51 disposti come gli specchi in un cosiddetto sistema Cassegrain inverso. In questo modo non ? necessario disporre nessun elemento di rifrazione sul percorso del fascio verso il sensore nella forma di attuazione illustrata nella figura 9.

Una immagine speculare P7 dell'immagine fissa P6 ? formata dietro la faccetta 31 e si muove durante la rotazione del rotore . Lo specchio 33 forma un'immagine P8 dell'immagine P7 ad una certa distanza dalla faccia terminale piana del rotore come e rappresentato nella figura 9. Un'immagine dell'immagine P8 ? formata dietro la faccetta 32 dallo specchio sostanzialmente sferico Questa immagine ? una immagine speculare di una immagine , che durante la rotazione del rotore si muove lungo una linea arcuata concava rispetto al -rotore. Riferimenti di temperatura sono disposti alle estremit? della linea arcuata.*Uno specchio sostanzialmente sferico avente la linea arcuata disposta il pi? vicino possibile alla sua superficie focale funge da obiettivo del dispositivo di scansione. La scansione verticale ? effettuata mediante uno specchio oscillante o qualche altro tipo di elemento di scansione.

Il sensore nella figura 9 ? rappresentato come sensore unico. La figura 10 illustra una forma di attuazione in cui si utilizza un gruppo di sensori comprendente diversi elementi sensori al posto di questo sensore unico. Il gruppo di sensori e disposto in modo che la scena sia esplorata in successione dagli clementi sensori del gruppo e i segnali provenienti dagli elementi sensori sono singoiarmente ritardati in una misura tale per cui in ogni dato istante la somma dei segnali ritardati provenienti da tutti gli elementi rappresenti congiuntamente la radiazione rilevata da un unico punto dell'oggetto esplorato. Invece di un gruppo di sensori discreti del tipo precedentemente menzionato, ? possibile utilizzare una striscia continua di sensori, un cosiddetto sensore p Se si utilizza un gruppo di sensori o un sensore l'arresto di campo 34 nella figura 9 deve avere in questo caso una forma allungata e un elemento di campo di deflessione del fascio, quale una lente di campo 45 o uno specchio sferico di campo, deve essere disposto vicino a questo arresto. -La distanza focale della lente di campo 45 (o dello specchio di campo) ? selezionata in modo che una immagine dell'apertura (pupilla) sia formata sopra o vicino al rotore in corrispondenza all?area di riflessione delle faccette. Quindi le dimensioni delle faccette possono essere minimizzate. Un'altra immagine dell'apertura ? formata sopra o vicino al rotore in corrispondenza all?area di riflessione delle faccette. In questo modo si ottiene un elevato rendimento di scansione anche con gruppi di sensori aventi molti elementi sensori.

La figura 11 illustra una ulteriore forma di attuazione del sistema di scansione secondo l'invenzione. In questa forma di attuazione il rotore sfaccettato 35 costituisce una struttura anulare avente una parete sottile e faccette riflettenti piane sui suoi lati interni ed esterni. Come rappresentato nella figura 10, le faccette sono inclinate rispetto all'asse del rotore. Alternativamente le faccette possono essere parallele all'asse. Il rotore ? fatto ruotare intorno al suo asse C mediante un motore (non rappresentato).

Un'immagine reale fissa P9 del sensore di radiazione e formato da un sistema di rele ottico 36, preferibilmente dello stesso tipo che nella forma di attuazione illustrata nella figura 8, attraverso uno specchio piano inclinato fisso 37 disposto all'interno del rotore. Un arresto di campo 52 ? disposto in P9. Un'immagine speculare PIO dell'immagine P9 ? disposta dietro le faccette entro il rotore 35 e si muove con la rotazione del rotore.

Uno specchio sostanzialmente sferico 38 ? disposto assialmente all'esterno del rotore, vicino al suo asse. Un'immagine PII dell'immagine PIO ? formata dallo specchio 38, e il raggio di luce tra lo specchio 38 e l'immagine P9 ? riflesso in su una faccetta interna del rotore. Un' immagine e formata dietro una faccetta esterna del rotore 35 da uno specchio sostanzialmente sferico

A causa della riflessione su una faccetta esterna in

l'immagine ? un'immagine speculare di un'immagine che si muove lungo una linea arcuata concava rispetto al rotore 35 durante la rotazione del rotore. Uno specchio sostanzialmente sferico avente la linea arcuata sulla sua superficie focale funge da obiettivo del dispositivo di scansione. Uno specchio oscillante effettua la scansione verticale.

Tutte le forme di attuazione precedentemente menzionate sono costituite da sistemi di scansione destinati ad esplorare la radiazione emessa da una scena o da un oggetto. La radiazione ? trasmessa ad un sensore. Si deve notare che tutte queste forme di attuazione possono essere modificate in sistemi generatori di immagini. Una sorgente di luce modulata, rapidamente variabile, quale un diodo ad emissione di luce o un laser., pu? quindi prendere il posto del sensore. Il fascio di luce dalla sorgente di luce passa attraverso 11 sistema nella direzione opposta a quella indicata nei disegni, per incidere sull'occhio di un osservatore o su uno schermo.

E' anche possibile utilizzare lo stesso rotore per la scansione della radiazione emessa da un oggetto e per la generazione di un'immagine dell'oggetto. La figura 12 illustra una forma di attuazione in cui il dispositivo di scansione comprendente gli elementi D, 5, 4, 3, 1, 9, 11, 12 ? completato da un dispositivo generatore di immagini comprendente un diodo ad emissione di luce L, un sistema di rel? ottico 39, il rotore 1, una lente 40, due specchi approssimativamente sferici 41 e 42 ed uno specchio oscillante 43. L'occhio dell'osservatore guarda nello specchio 43 o attraverso un sistema ottico avente una pupilla relativamente vicina allo specchio. In questo caso pu? essere necessario focalizzare il fascio proveniente dallo specchio 42. La focalizzazione pu? essere effettuata spostando lo specchio 42 nella direzione degli assi ottici tra gli specchi 42 e 43.

Il segnale video dal sensore di radiazione D ottenuto durante una scansione ? alimentato all'ingresso di controllo del diodo ad emissione di luce attraverso un circuito 44 di amplificazione e di correzione del segnale. La luce modulata dal diodo ad emissione di luce ? trasmessa direttamente all?occhio dell'osservatore mediante il sistema di generazione delle immagini da 39 a 43. L'osservatore vede un'immagine della radiazione infrarossa emessa dall'oggetto esplorato.

Nella forma di attuazione illustrata nella figura 12, soltanto il rotore sfaccettato ? comune al sistema di scansione dell'oggetto e al sistema per la generazione delle immagini. E' evidente che entrambi i sistemi devono anche avere la lente 3 e gli specchi 9, 11 e 12 in comune. Un primo divisore del fascio (non rappresentato) ? quindi disposto tra la lente 4 ed il rotore 1 per passare la radiazione infrarossa al sensore D e per passare la radiazione dalla sorgente luminosa al sistema. Un secondo divisore del fascio (non rappresentato) ? anche disposto all'esterno dello specchio 12 per passare la radiazione infrarossa dall'oggetto al sistema e per passare la radiazione dalla sorgente luminosa L all'occhio.

La radiazione proveniente da un diodo ad emissione di luce non ? sufficientemente intensa per generare un'immagine distinta su uno schermo. Se si desidera un'immagine distinta si deve utilizzare una sorgente di luce pi? potente, quale un laser ed un modulatore di luce.

Molte modifiche possono essere apportate nell'ambito dell'invenzione. In ognuna delle forme di attuazione rappresentate nei disegni sono illustrate diverse caratteristiche differenti dell'invenzione. Queste caratteristiche non sono necessariamente limitate alle forme di attuazione in cui sono state incorporate, ma possono in molti casi essere attuate anche nelle altre forme di attuazione.

In un sistema di scansione avente le caratteristiche di tracciamento delle faccette secondo l'invenzione ? possibile migliorare la risoluzione del sistema prevedendo faccette curve sull'area del rotore in cui la riflessione ? pi? vicina all'ottica di collimazione, ossia fare in modo che ogni faccetta in questa area (B) di riflessione sia formata come uno specchio concavo sostanzialmente sferico. Tali

Claims (15)

RIVENDICAZIONI

1. Sistema per la scansione ottica di una scena in almeno una dimensione, comprendente un rotore riflettente sfaccettato di scansione (1; 15, 16; 35), un mezzo ottico (11) di convergenza del fascio disposto sul percorso del fascio tra la scena ed il rotore per formare un'immagine primaria della scena tra il mezzo di convergenza del fascio ed il rotore, un primo specchio sostanzialmente sferico (S) disposto sul percorso del fascio del sistema tra una prima (B) ed una seconda (A) area di riflessione del rotore, in cui le due aree sono disposte su un percorso del fascio non collimato, ed un mezzo (D; L) di emissione o di rilevamento di radiazione disposto all'estremit? del percorso del fascio nel sistema; caratterizzato dal fatto che un elemento di convergenza del fascio (3; 3I; 22; 23; 30; 33; 34; 38; 52), quale una lente positiva o uno specchio sostanzialmente sferico, ? disposto sul percorso del fascio tra il primo specchio sostanzialmente sferico (9) e la seconda area di riflessione (A); e dal fatto che sono previsti mezzi (4, 5; 50, 51, 53; 46, 33; 36, 38) per formare un'immagine reale del mezzo di emissione o di rilevamento di radiazione (D;L) sul percorso del fascio in una posizione compresa tra il primo specchio sostanzialmente sferico (9) ed una posizione talmente vicina all'elemento ottico di convergenza del fascio per cui l'elemento funge da elemento di campo per questa posizione dell'immagine reale suddetta.-2. -.

Sistema di scansione secondo 'la rivendicazione 1, in cui l'elemento ottico di convergenza del fascio ? costituito da una lente di campo, caratterizzato dal fatto che il lato della lente suddetta di campo (22) rivolto in direzione opposta al rotore comprende un rivestimento riflettente, e dal fatto che il percorso del fascio comprende una terza area di riflessione (G) sul rotore tra la lente di campo (22) ed il primo specchio (9III) (figura 5).

3. - Sistema di scansione secondo la rivendicazione 1, in cui l'elemento ottico di convergenza del fascio ? costituito da uno specchio di campo (30), caratterizzato dal fatto che la prima area di riflessione e la seconda area di riflession? si trovano su due faccette diametralmente opposte (27, 28) del rotore (figura 7).

4. ? Sistema di scansione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l?elemento ottico di convergenza del fascio (33; 38) ? disposto in modo da formare l'immagine reale suddetta (P8;P11) di una immagine fissa (P6;P12;P9), in cui l'immagine fissa suddetta e l'elemento ottico suddetto di convergenza del fascio sono disposti sul percorso del fascio su lati opposti della seconda area di riflessione del rotore (figure 8, 9, 10, 11).

5. - Sistema di scansione secondo la rivendicazione 4, in cui il mezzo suddetto di emissione o di rilevamento di radiazione comprende un gruppo allungato di una pluralit? di elementi sensori che ricevono in successione il fascio di scansione, caratterizzato dal fatto che un .arresto di campo di forma allungata ? disposto in corrispondenza all'immagine fissa suddetta (P12) e dal fatto che un ulteriore elemento (45) di campo di convergenza del fascio, quale una lente di campo o uno specchio di campo, ? disposto in posizione adiacente all'arresto di campo (figure 10).

6. - Sistema di scansione secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il rotore (35) ? anulare e comprende faccette riflettenti sui lati interno ed esterno, e dal fatto che la prima area di riflessione e la seconda area di riflessione si trovano su una faccetta esterna e su una faccetta interna, rispettivamente (figura 11).

7. - Sistema di scansione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il fascio ha una sezione trasversale in corrispondenza alla prima area di riflessione (B) sul rotore che si estende praticamente per tutta l'estensione di una delle faccette lungo la periferia del rotore, e dal fatto che un'immagine (P3) ? disposta dietro le faccette suddette (2), la quale immagine dovuta alla riflessione sulla prima area suddetta di riflessione (B) costituisce un'immagine speculare virtuale dell'immagine primaria (P4), e dal fatto che l'immagine primaria (P4) segue una seconda linea curva (10) durante la rotazione del rotore.

8. - Sistema di scansione secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che un riferimento o un numero prefissato di riferimenti di temperatura (T) sono disposti sulla seconda linea curva (10) e preferibilmente ad una sua estremit? od alle sue due estremit?.

9. - Sistema di scansione secondo la rivendicazione 7 oppure 8, caratterizzato dal fatto che la disposizione ottica di convergenza del fascio ? costituita da uno specchio sostanzialmente sferico (11) avente la seconda linea curva disposta il pi? vicino possibile nella sua superficie focale.

10. - Sistema di scansione secondo la rivendicazione 7 oppure 8, caratterizzato dal fatto che la disposizione ottica di convergenza del fascio ? costituita da un sistema di lenti avente la seconda linea curva disposta il pi? vicino possibile nella sua superficie focale.

11. ? Sistema di scansione secondo la rivendicazione 9 oppure 10, caratterizzato dal fatto che un secondo elemento di scansione (12) per la scansione in un'altra direzione diversa da quella del rotore sfaccettato (1) ? disposto nel punto in cui il percorso del fascio durante un modo di scansione mediante il rotore suddetto (1) passa attraverso una pupilla sostanzialmente fissa.

12. - Sistema di scansione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che le faccette sul rotore sono concave in corrispondenza alla prima area di riflessione (B).

13. - Sistema di scansione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che due specchi (13, 14) sono inseriti sul percorso del fascio tra il rotore e il primo specchio sostanzialmente sferico per allungare il percorso del fascio flettendolo.

14. - Sistema di scansione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che almeno uno degli specchi fissi sostanzialmente sferici (9, 11, 29, 30) inseriti nel sistema ? uno specchio toroidale o ellissoidale.

15. - Sistema di scansione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il sistema ? applicabile alla registrazione di radiazione emessa da un oggetto, nel qual caso il mezzo emettitore o sensibile alla radiazione ? costituito da un sensore di radiazione ed il percorso del fascio attraverso il sistema ? diretto dalla scena verso il sensore, e alla generazione di immagini, nel qual caso il mezzo di emissione o di rilevamento di radiazione ? costituito da una sorgente di luce modulata, quale un diodo ad emissione di luce o un laser, ed il percorso del fascio attraverso il sistema ? diretto dalla sorgente di luce alla scena, e dal fatto che il sistema ? applicabile in modo da comprendere un sistema per il rilevamento di radiazione ed un sistema per la generazione di immagini comprendenti lo stesso rotore sfaccettato.