ITTO990074A1 - Sistema di visione ad infrarosso per autoveicoli, con matrice di mi-cro-otturatori o micro-specchi. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Sistema di visione ad infrarosso per autoveicoli, con matrice di micro-otturatori o micro-specchi''

TESTO DELIA DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ai sistemi di visione all'infrarosso per autoveicoli, del tipo comprendente un dispositivo rilevatore di radiazione infrarossa, destinato ad essere montato sulla parte anteriore di un autoveicolo, includente mezzi sensori all'infrarosso, atti ad emettere segnali elettrici in funzione della radiazione infrarossa rilevata, mezzi ottici di formazione di immagine per focalizzare la radiazione infrarossa su detti mezzi sensori, mezzi elettronici di elaborazione dei segnali emessi dai mezzi sensori, e mezzi visualizzatori di immagine controllati da detti mezzi elettronici.

I suddetti mezzi sensori sono generalmente costituiti, secondo la tecnica nota, da una matrice di sensori termici sulla quale viene focalizzata l'immagine infrarossa della scena che si presenta di fronte all'autoveicolo. I segnali in uscita dai singoli sensori della matrice vengono inviati ai mezzi elettronici di controllo che provvedono a elaborare tali segnali per consentire la visualizzazione dell'immagine. Un inconveniente dei sistemi noti del tipo sopra specificato che sono stati realizzati fino ad ora risiede nel fatto che i suddetti mezzi sensori sono relativamente complessi e costosi.

Lo scopo della presente invenzione è quello di ovviare a tale inconveniente.

In vista di raggiungere tale scopo, l'invenzione ha per oggetto un sistema di visione all'infrarosso del tipo sopra indicato, caratterizzato dal fatto che i suddetti mezzi ottici di formazione di immagine comprendono una matrice di micro-otturatori o micro-specchi, un primo sistema ottico, operante in trasmissione e/o in riflessione, per focalizzare l 'immagine infrarossa su detta matrice ed un secondo sistema ottico, anch'esso operante in trasmissione e/o in riflessione, per focalizzare la radiazione in uscita da detta matrice di micro-otturatori o microspecchi su detti mezzi sensori,

in cui detta matrice di micro-otturatori o micro-specchi è costituita da una matrice di petali elettricamente conduttori, a film sottile, disposti su un substrato, con una matrice di elettrodi pure portati dal substrato ed associati rispettivamente a detti petali, ciascun petalo essendo spostabile da una condizione di riposo incurvata ad una condizione dispiegata in cui il petalo aderisce per effetto elettrostatico al rispettivo elettrodo ed al substrato a seguito dell'applicazione di tensione fra petalo ed elettrodo,

detto sistema comprendendo mezzi elettronici di controllo atti a provocare l'applicazione di tensione selettivamente ed in successione fra i vari petali ed i rispettivi elettrodi, in modo tale da effettuare una scansione dell'immagine, focalizzando in successione varie porzioni dell'immagine su detti mezzi sensori.

Grazie a tale caratteristica, il sistema può far uso, invece che di mezzi sensori costituiti da una matrice con elevato numero di sensori, di un unico sensore, o al più di una piccola matrice con un esiguo numero di sensori, in quanto la suddetta matrice di micro-otturatori o micro-specchi provvede a focalizzare in successione le varie porzioni dell'immagine, e non simultaneamente l’intera immagine, sull'unico sensore o sulla piccola matrice di sensori, l'elettronica di elaborazione dei segnali emessi dai sensori provvedendo poi a ricostruire l'immagine intera da visualizzare.

Occorre osservare che l'uso di dispositivi elettrostatici comprendenti lamelle flessibili, dette anche ciglia o petali, elettricamente conduttrici, che vengono spostati fra uno stato di riposto ed uno stato operativo a seguito dell'applicazione di tensione elettrica fra i petali e rispettivi elettrodi è già stato proposto in passato, ad esempio per realizzare motori elettrostatici di bassa potenza e piccole dimensioni, adatti all'impiego come attuatori in applicazioni di tecnologia micro-elettronica. Un attuatore del tipo sopra indicato è ad esempio descritto in Dyatlov V.L., Konyaskin V.V., Potapov B.S. e Pyankov Y.A., "Prospects of thè Employment of Synchrotron Radiation in film elettrostatic attuator technology", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A359 (1995), pagine 394-395. I petali costituenti i micro-otturatori o micro-specchi della presente invenzione sono realizzabili secondo la medesima tecnologia. Nel caso di uso dei petali come micro-otturatori, essi sono applicati su un substrato trasparente, in modo tale per cui ciascun petalo impedisce il passaggio della radiazione infrarossa attraverso il substrato quando si trova nella condizione operativa aderente al substrato, mentre permette il passaggio della radiazione quando si trova nella condizione di riposo incurvata. Al contrario, nel caso di uso di petali in forma di micro-specchi, ciascuno di essi riflette la radiazione infrarossa che viene poi diretta sui mezzi sensori quando si trova nella condizione operativa aderente al substrato, mentre è inoperativa nella sua condizione di riposo incurvata.

L'invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:

le figure 1, 2 sono due viste in sezione schematiche di due forme di attuazione alternative di un sistema di visione secondo l'invenzione,

la figura 3 è una vista prospettica in scala ampliata di un particolare della figura 1,

la figura 4 è una vista prospettica in scala ampliata di un particolare della figura 3,

la figura 5 è una vista in sezione schematica di un particolare della figura 3 in una prima condizione di funzionamento,

la figura 6 è una variante della figura 5 corrispondente ad una diversa condizione di funzionamento, e

la figura 7 illustra una variante della figura 5.

Nella figura 1, il numero di riferimento 1 indica nel suo insieme un dispositivo rilevatore di radiazione infrarossa destinato ad essere montato sulla parte anteriore di un autoveicolo, ad esempio in adiacenza ad un proiettore. Il dispositivo 1 comprende un involucro 2 avente una finestra protettiva frontale 3 trasparente alla radiazione infrarossa. All'interno dell'involucro 2 è disposto un primo sistema ottico 4 di formazione dell'immagine che focalizza un'immagine infrarossa della scena antistante il veicolo su una matrice 5 di micro-otturatori o micro-specchi, la cui funzione sarà chiarita nel seguito. La radiazione emessa dalla matrice 5 viene focalizzata da un secondo sistema ottico 6, che include una matrice di microlenti 7 rifrattive o diffrattive, e una lente 8, sopra mezzi sensori 9 che nell'esempio illustrato nella figura 1 sono costituiti da un singolo sensore termico non raffreddato, ad esempio un sensore piroelettrico, o un bolometro resistivo, o un bolometro ferroelettrico, o un sensore termoelettrico di tipo convenzionale o ancora un fotodiodo IR, nel caso sia richiesta un'elevata velocità nell'effettuazione della scansione di immagine di cui si dirà nel seguito. I segnali in uscita dal sensore 9 vengono inviati ad una centralina elettronica di controllo 10 che provvede ad elaborarli ed a visualizzare l'immagine infrarossa della scena antistante il veicolo su mezzi visualizzatori 11 di qualsiasi tipo.

Nelle attuazioni delle figure 1 e 2 i sistemi ottici 4 e 6 operano in trasmissione in un'ulteriore forma di attuazione (non illustrata), almeno uno dei due sistemi può operare in riflessione.

Con riferimento alle figure 3-6, la matrice 5 di micro-otturatori o micro-specchi comprende un substrato 12 che nel caso di utilizzazione di microotturatori è costituito da una lamina di vetro o di plastica trasparente alla radiazione infrarossa, di qualche millimetro di spessore. Sulla superficie del substrato 12 viene realizzato per evaporazione o spin-coating o serigrafia o dipping uno strato 13 di materiale conduttore trasparente alla radiazione infrarossa, dello spessore di qualche decina o centinaia di nanometri. Successivamente si isola lo strato conduttore 13 con uno strato di isolante dielettrico o ferroelettrico 14 trasparente alla luce, il cui spessore può variare ad esempio fra 0.1 micrometri e qualche decina di micrometri. Anche tale strato può essere ottenuto per serigrafia o spin-coating o dipping. Ciascun elemento della matrice 5 è costituito da un petalo 15 in forma di film metallico di spessore compreso fra qualche frazione di micron e qualche micron. Ciascun petalo 15 è fissato ad un'estremità alla superficie del substrato 12. Si utilizza un film metallico che in condizione di riposo è curvato in modo tale che, se non si applica una tensione elettrica, il petalo 15 rimane avvolto su se stesso o comunque rialzato. Le dimensioni del film possono variare a seconda del tipo di applicazione richiesta e del tipo di matrice in cui è inserito. Lo strato conduttore 13 è suddiviso in una pluralità di elettrodi associati rispettivamente ai vari petali 15. Applicando tensione fra un determinato petalo 15 ed il rispettivo elettrodo, il petalo viene ad aderire per effetto elettrostatico al rispettivo elettrodo ed al substrato 12 (come illustrato nella figura 6 per la maggior parte dei petali 15 ad eccezione di quello che si trova in posizione più alta). Quando l'applicazione di tensione viene interrotta, il petalo 15 ritorna per effetto della sua stessa elasticità nella condizione indeformata illustrata nella figura 5. Come si vede, quando ciascun petalo 15 è in condizione di riposo, esso consente il passaggio della radiazione infrarossa attraverso la rispettiva zona del substrato 12, in direzione del secondo sistema ottico 6 che focalizza la radiazione infrarossa sul sensore 9. Quando invece un petalo 15 si trova nella condizione operativa, esso impedisce il passaggio della radiazione infrarossa attraverso la sua rispettiva porzione di substrato 12.

I mezzi elettronici di controllo 10 sono atti a controllare l'alimentazione di tensione ai petali 15 e ai rispettivi elettrodi, in modo tale per cui i vari micro-otturatori 15 vengono chiusi selettivamente ed in successione così da effettuare in un tempo relativamente breve una scansione dell'immagine infrarossa focalizzata dal sistema ottico 4, il che consente di focalizzare in successione tramite il secondo sistema ottico 6 sopra il sensore 9 le varie porzioni dell'immagine. Così facendo, i mezzi sensori 9 possono essere molto semplici ed essere ad esempio costituiti da un unico sensore, come nel caso illustrato nella figura 1, che vede rapidamente in successione le varie porzioni dell'immagine infrarossa della scena antistante al veicolo. I mezzi elettronici 10 provvedono poi ad elaborare i segnali in uscita dal sensore 9 cosi da ricostruire 1'immagine completa e visualizzarla sui mezzi visualizzatori 11.

La matrice di micro-otturatori può comprendere ad esempio 320 x 240 elementi che vengono aperti in sequenza per effettuare la scansione dell'immagine.

Nella forma di attuazione in figura 1 le microlenti della matrice 7 sono in numero corrispondente agli elementi della matrice di micro-otturatori.

Qualora si voglia diminuire il tempo di acquisizione dell'immagine completa, in luogo dell'unico sensore 9 si può utilizzare una matrice 9 costituita da un numero esiguo di sensori, ad esempio 4 x 4 sensori 9a, come illustrato nella figura 2, sui quali la radiazione infrarossa viene focalizzata. In questo caso, il secondo sistema ottico 6 comprende la matrice 7 di micro- lenti diffrattive o rifrattive, ed una matrice di lenti 8a di numero corrispondente agli elementi della matrice di sensori 9 (ad esempio 4x 4).

La figura 7 riguarda la variante in cui i petali 15 vengono utilizzati, invece che come microotturatori, come micro-specchi. In questo caso il substrato 12 non deve essere trasparente ed è conformato con un profilo a scaletta o a denti di sega, in modo tale per cui ciascun petalo 15 agisce come specchio, riflettendo la radiazione infrarossa verso il secondo sistema ottico 6, quando si trova nella sua condizione operativa, mentre non consente la riflessione quando si trova nella condizione di riposo incurvata. Anche in questo caso, l'elettronica di controllo 10 provvede a provocare un'attivazione in sequenza dei vari micro-specchi 15 per focalizzare in successione le varie porzioni di immagine sui mezzi sensori 9.

Anche in questo caso, inoltre, l'adozione di mezzi sensori 9 del tipo illustrato nella figura 2 consente di aumentare la velocità di acquisizione dell'immagine. Rispetto al caso della figura 1, se la matrice di sensori 9a presenta M x M elementi, l'aumento di velocità è pari a M2, il che permette l'utilizzazione in applicazioni a velocità più elevata.

Naturalmente, fermo restando al principio del trovato, i particolari di costruzione e le forme di attuazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1. sistema di visione all'infrarosso per autoveicoli, comprendente un dispositivo rilevatore (1) di radiazione infrarossa, destinato ad essere montato sulla parte anteriore di un autoveicolo, includente mezzi sensori (9) all'infrarosso, atti ad emettere segnali elettrici in funzione della radiazione rilevata, mezzi ottici (4, 6) di formazione di immagine per focalizzare la radiazione infrarossa su detti mezzi sensori (9), mezzi elettronici (10) di elaborazione dei segnali emessi dai mezzi sensori (9), e mezzi visualizzatori di immagine (11), controllati da detti mezzi elettronici (10), caratterizzato dal fatto che detti mezzi ottici di formazione di immagine comprendono una matrice (5 ) di micro-otturatori o micro-specchi (15), un primo sistema ottico (4) operante in trasmissione e/o in riflessione, per focalizzare l'immagine infrarossa della scena antistante il veicolo su detta matrice (5) ed un secondo sistema ottico (6), anch'esso operante in trasmissione e/o in riflessione, per focalizzare la radiazione in uscita da detta matrice (5) di micro-otturatori o microspecchi (15) sui suddetti mezzi sensori (9), in cui detta matrice (5) di micro-otturatori (15) o micro-specchi è costituita da una matrice (5) di petali (15) elettricamente conduttori, a film sottile, disposti su un substrato (12), con una matrice di elettrodi (13) pure portati dal substrato (12) ed associati rispettivamente a detti petali (15), ciascun petalo (15) essendo spostabile da una condizione di riposo incurvata, ad una condizione dispiegata in cui il petalo (15) aderisce per effetto elettrostatico al rispettivo elettrodo ed al substrato (12) a seguito dell'applicazione di una tensione elettrica fra petalo (15) ed elettrodo (13), detto sistema comprendendo mezzi elettronici di controllo (10) atti a provocare l'applicazione di tensione selettivamente ed in successione fra i vari petali (15) ed i rispettivi elettrodi (13), in modo tale da effettuare una scansione dell'immagine infrarossa della scena antistante il veicolo, focalizzando in successione varie porzioni dell'immagine su detti mezzi sensori (9).
2. 2. Sistema di visione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i suddetti mezzi sensori (9) sono costituiti da un unico sensore termico non raffreddato di un tipo scelto fra sensori piroelettrici, bolometri resistivi, bolometri ferroelettrici, sensori termoelettrici di tipo convenzionale o fotonico IR.
3. 3. Sistema di visione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i suddetti mezzi sensori (9) comprendono una matrice con un numero esiguo di sensori (9a), preferibilmente con un numero di sensori inferiore oppure uguale a 16 x 16.
4. 4. Sistema di visione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i suddetti petali sono utilizzati come micro-otturatori atti a consentire il passaggio di radiazione infrarossa nella loro condizione di riposo e a impedire tale passaggio nella loro condizione operativa.
5. 5. Sistema di visione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i suddetti petali (15) sono utilizzati come micro-specchi atti a riflettere la radiazione infrarossa ad angolo a prefissato rispetto all'asse ottico principale nella loro condizione operativa ed a impedire tale riflessione nella loro condizione di riposo. Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.