El objetivo de la presente invención es proporcionar un sistema de barrido lineal de tamaño compacto que se pueda utilizar en sistema de ondas milimétricas,

terahercios y microondas, y que además pueda proporcionar información, multiespectral, es decir que el sistema no sea selectivo respecto a la longitud de onda de la radiación incidente. El objetivo del sistema es recibir la radiación del espectro electromagnético, convertir el patrón de barrido cónico en lineal y focalizar dicha radiación en un detector puntual, lineal o matricial.

La invención utiliza dos espejos enfrentados, un primario (1) y un secundario (2). Se denomina primario al primero en reflejar la radiación de la escena y hacerla converger en el secundario. Los dos espejos giran en sentido contrario a la misma velocidad y tienen sus ejes de rotación alineados.

La superficie del espejo primario es siempre cóncava (esférica, parabólica, hiperbólica, elipsoidal, asférica) con objeto de hacer converger la radiación en el espejo secundario.

La superficie del espejo secundario puede ser plana, cóncava o convexa (esférica, parabólica, hiperbólica, elipsoidal, asférica).

Existen dos posibilidades para la colocación del detector, entre los dos espejos o detrás del espejo primario (3).

SISTEMA MULTIESPECTRAL DE BARRIDO

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere, en general, al campo de la ingeniería óptica y en particular al de los sistemas de barrido para formar imágenes. El sistema de barrido objeto de esta invención puede operar con una velocidad de refresco suficiente para considerarlas de tiempo real y en un amplio rango de longitudes de onda entre las que se encuentran las milimétricas, terahercianas, infrarrojas y microondas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Un requIsIto deseable en cualquier sistema de barrido para formación de imágenes es barrer la escena con un patrón lineal y con la mayor rapidez posible. Una manera sencilla de conseguirlo es por medio de espejos planos en movimiento. Dichas soluciones basadas en espejos pueden ser variadas, y entre las más comunes están un espejo oscilante (de una sola cara) movido por medio de distintos dispositivos como por ejemplo de tipo galvanométrico, o un polígono rotatorio con múltiples caras espejadas. Estas técnicas se emplean en sistemas que trabajan con radiación de longitudes de onda pequeñas tal como el infrarrojo o el visible.

En el infrarrojo las aperturas ópticas son típicamente del orden de 100 mm y con la ayuda de lentes se reducen a aperturas efectivas para el sistema de barrido típicamente un orden de magnitud menor. En los sistemas de ondas milimétricas las aperturas son del orden de 500 mm de diámetro, tamaño que no hace posible ni el uso de espejos planos oscilantes ni de polígonos rotatorios.

Es conocida la posibilidad de lograr un barrido lineal utilizando dos discos reflectores que giren en sentido opuesto a la misma velocidad, estando inclinados con respecto a sus ejes de rotación un ángulo idéntico para ambos. Un disco reflector inclinado con respecto a su eje de giro produce por sí solo un patrón de barrido cónico. Sin embargo, cuando la radiación alcanza el segundo espejo, el patrón cónico se puede convertir en lineal si los ejes y la fase de rotación entre ambos están correctamente ajustados.

Así ocurre por ejemplo con la patente "Scanning Apparatus", de Alan H. Lettington, (US 7, 154, 650 B2) . Dicha patente describe cómo dos discos reflectores montados en estructuras con ejes de giro independientes y no alineados, giran a la misma velocidad en sentido contrario. La radiación llega a uno de los espejos, que la refleja al segundo espejo, que a su vez la devuelve al primer espejo. Este finalmente la envía a una zona donde se ubica el detector. Con el fin de lograr barrer la escena, ambos espejos están inclinados respecto a sus ejes de rotación. Para conseguir un barrido lineal se ha de satisfacer el = 28 cos <p, donde el primer espejo está inclinado un ángulo el, el segundo espejo está inclinado un ángulo S, y <p es el ángulo que forman entre si los ejes de rotación de los espejos.

La configuración de la patente US 7, 154, 650 B2 tiene la ventaja de no utilizar ningún elemento selectivo en frecuencia (polarizador lineal, lámina lambda cuartos,

La invención utiliza dos espejos enfrentados, un primario y un secundario, cuyos ejes de giro se encuentran alineados. La novedad de esta invención radica en inclinar estos dos espejos respecto al eje de rotación y hacerlos girar en sentido contrario a la misma velocidad angular. Además, la inclinación de ambos espejos es idéntica, ya que la radiación se refleja el mismo número de veces en el espejo primario y secundario.

La superficie del espejo primario es siempre cóncava (esférica, parabólica, hiperbólica, elipsoidal, asférica) , con objeto de hacer converger la radiación en el espejo secundario. La superficie del espejo secundario puede ser plana, cóncava o convexa (esférica, parabólica, hiperbólica, elipsoidal, asférica) .

Existen dos posibilidades para la colocación del detector, entre los dos espejos o detrás del espejo primario. Colocar el detector entre los dos espejos facilita poder utilizar un elevado número de antenas y cubrir un amplio campo de visión. Por otro lado colocar el detector detrás del espejo primario elimina cualquier restricción de espacio a la hora de integrar un sistema radiante como por ejemplo un cabezal radar o un sistema ladar o lidar. De esta forma el sistema puede emitir radiación que distribuirá en la escena con un patrón de barrido lineal, y al mismo tiempo recogerá la radiación tal y como se ha descrito anteriormente.

Entre las múltiples configuraciones que permite esta invención se encuentran aquellas que utilicen elementos separadores de haz. Estos pueden tratar con los diferentes estados de polarización de la radiación y/o con los diferentes rangos espectrales. De esta manera esta invención puede proporcionar información multiespectral, polarimétrica y espectrométrica.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 muestra un sistema que sigue la configuración en la que el detector está colocado detrás del espejo primario. El espejo primario 1 es cóncavo, mientras que el secundario 2 es convexo. La radiación focaliza en eje detrás del espejo primario en 3. Esta configuración, sin que pueda ser considerada como una restricción de la invención, está pensada para facilitar la integración de un detector de un solo píxel y/o para una cabeza de radar o un sistema ladar o lidar.

La figura 2 muestra un sistema que sigue la configuración en la que el detector está colocado entre los dos espejos. En este caso el espejo primario 1 es cóncavo y el secundario 2 es plano. Esta otra posible configuración está pensada para un sistema que utiliza una línea de antenas aunque en la figura solamente se representa el trazado de los rayos que corresponden con la antena central y las dos antenas de los extremos de la línea.

La figura 3 muestra un sistema que utiliza un dispositivo para separar el haz en dos haces con polarizaciones ortogonales entre sí. Este caso es un ejemplo de la configuración descrita en figura 1, pero se podría aplicar a la configuración descrita en la figura 2. El espejo primario es (1) , el secundario es (2) . Cuando la radiación llega al separador de haz (ej.: polarizador lineal 3) , éste filtra una componente del campo eléctrico (que representa aproximadamente el 50% de la energía) y rechaza la componente ortogonal. Colocando las dos antenas (4 Y 5) con polarizaciones ortogonales entre sí, se integra mayor cantidad de energía para cada punto de la escena barrido y consecuentemente se mejora la sensibilidad térmica de la imagen. Otro ejemplo sin carácter limitativo es utilizar uno o varios dispositivos que separen el haz filtrando la radiación de una longitud de onda determinada (ej.: milimétrica) y reflejando radiación correspondiente a otra (ej.: infrarroja) , para posteriormente redirigir cada uno de los diferentes haces a diferentes detectores y de esa forma lograr imágenes multiespectrales.

El movimiento de ambos espejos se puede esclavizar mecánicamente utilizando un único motor y una transmisión de tres coronas dentadas con forma de U. Esta transmisión tiene un acoplamiento para el eje del motor y dos ejes de salida que giran en sentido opuesto y que comparten el centro geométrico de rotación. Para ello uno de los ejes está metido dentro del otro que es hueco. El principal inconveniente de esta solución mecánica es que el eje de rotación coincide con el eje óptico y obstruye parte de la radiación que se de otra forma convergería en el punto focal. Por esta razón se propone una solución mecánica que prescinda de utilizar el eje de giro geométrico para dar arrastre a los espejos.

La figura 4 muestra una posibilidad de montaje mecánico para la configuración óptica de la figura 2, sin que pueda ser considerada como una restricción de la invención. Ambos espejos (7 y 8) están esclavizados electrónicamente ya que cada uno tiene acoplado un motor que les hace rotar (5 y 6) y un sensor de posicionamiento. De esta forma el dispositivo que gobierna el movimiento de los motores es capaz de detectar y corregir posibles desviaciones en el sincronismo. El espejo (8) está sujeto mediante nervios que salen de su perímetro exterior, a un anillo colocado parcialmente dentro de un rodamiento (2) y al que simultáneamente se le trasmite el movimiento a través de una corona dentada (3) . Los motores y la estructura (4) están amarrados a un mismo chasis (1) .

DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA

La figura 5 muestra la posibilidad preferida de montaje mecánico para esta invención, sin que pueda considerarse...

l . Un sistema óptico compacto multiespectral formado por una primera superficie reflectora denominada espejo primario que refleja la radiación de la escena y la hace converger y una segunda superficie reflectora denominada espejo secundario que recibe dicha radiación concentrada y la dirige al detector, para el barrido lineal de la escena, caracterizado por:

i) Que ambas superficies reflectoras denominadas espejo primario y espejo secundario están enfrentadas y giran en torno a sendos ejes de giro que pasan por sus respectivos centros y con cierto ángulo de inclinación respecto a la perpendicular a la superficie.

ii) Que ambos ej es de giro correspondientes a ambas superficies están alineados y giran en sentido contrario con la misma velocidad angular.

iii) Que la radiación es focalizada en un detector.

2. Un sistema óptico compacto multiespectral para el barrido lineal de la escena según reivindicación 1 caracterizado por que el ángulo de inclinación de ambos espejos respecto a sus ejes de giro es idéntico.

3. Sistema óptico compacto multiespectral para el barrido lineal de la escena según reivindicación 1 caracterizado por que comprende detectores puntuales, lineales o matriciales.

4. Sistema óptico compacto multiespectral para el barrido lineal de la escena según reivindicación 1 caracterizado por que comprende uno o varios detectores en canales de detección simultáneos, alternativos o sucesivos, de las bandas espectrales de las microondas, ondas milimétricas, terahercios, infrarrojos, visible o ultravioleta.

5. Sistema óptico compacto multiespectral para el barrido lineal de la escena según reivindicación 1 caracterizado por que comprende un sistema radiante para distribuir la radiación emitida por la escena con un patrón de barrido lineal al mismo tiempo que recoge la radiación.

6. Sistema óptico compacto multiespectral para el barrido lineal de la escena según reivindicaciones 3 a 5, caracterizado por que la radiación converge entre los espejos primario y secundario, donde se sitúan los detectores

o los sistemas radiantes.

7. Sistema óptico compacto multiespectral para el barrido lineal de la escena según reivindicaciones 3 a 5, caracterizado por que el espejo primario tiene una apertura central y la radiación converge tras el espejo primario, donde se sitúan los detectores o los sistemas radiantes.

8. Sistema óptico compacto multiespectral para el barrido lineal de la escena según reivindicación 1, caracterizado por la inclusión de un dispositivo

9. Sistema óptico compacto multiespectral para el barrido lineal de

la escena según la reivindicaciones 1 y 8, caracterizado por que el dispositivo separador de haz es un polarizador y porque los distintos detectores son sensibles a los estados de polarización.

10. Sistema óptico compacto multiespectral para el barrido lineal de

la escena según reivindicación 1 y 8, caracterizado por que para cada uno de los haces se colocan detectores sensibles a los distintos rangos espectrales.

11. Sistema óptico compacto multiespectral para el barrido lineal de

la escena según reivindicación 1 caracterizado por esclavizar el movimiento de 15 los espejos primario y secundario a través de una transmisión mecánica.

12. Sistema óptico compacto multiespectral para el barrido lineal de la escena según reivindicación 1 caracterizado por esclavizar electrónicamente el movimiento de los espejos primario y secundario.