ES2225906T3 - Explorador de radar por laser con resolucion milimetrica. - Google Patents

Abstract

UN DISPOSITIVO DE DETERMINACION DE DISTANCIA LASER ABARCA UN LASER (11) DE IMPULSO, UN EQUIPO DE DERIVACION DE LUZ, UNA DISPOSICION (22) DE FOTORRECEPCION QUE MUESTRA UN FOTORRECEPTOR (23) OPTOELECTRONICO, ASI COMO UNA ELECTRONICA (10) DE CONTROL Y VALORACION, EN DONDE A PARTIR DEL PROCESO DE APLICACION DE TIEMPO DE DESARROLLO DE IMPULSO SEGUN EL TIEMPO ENTRE LA EMISION Y LA RECEPCION DE UN IMPULSO DE LUZ BAJO CONSIDERACION DE LA VELOCIDAD DE LUZ SE DETERMINA UNA SEÑAL DE EXPLORACION QUE REPRESENTA LA DISTANCIA DE UN OBJETO. LA ELECTRONICA DE CONTROL Y VALORACION ABARCA MEDIOS PARA LA MEDICION DE LA CARGA ELECTRICA APLICADA DURANTE EL PROCESO DE RECEPCION DEL IMPULSO DE LUZ DE MANERA COMPLETA A TRAVES DEL FOTORRECEPTOR (23) Y/O PARA LA MEDICION DE LA ANCHURA DEL IMPULSO DE LUZ RECEPCIONADO. LA COMPENSACION DEL SENSOR DE MEDICION DE TIEMPO DE DESARROLLO QUE APARECE EN BASE A LA DINAMICA DE SEÑAL RESULTA EN DEPENDENCIA DE LA CARGA ELECTRICA MEDIDA O DE LA ANCHURA DEL IMPULSO SOBRE LA BASE DELOS VALORES DE CORRECCION RESPECTIVOS, QUE SE DETERMINAN MEDIANTE LA ELECTRONICA DE VALORACION Y DE CONTROL A LA VISTA DE LA ANCHURA DE IMPULSOS O DE CARGAS O DE LOS TIEMPOS DE DESARROLLO DE IMPULSO, QUE SE DISPONEN CON REFERENCIA AL MENOS EN DISTANCIA DEFINIDA DE EQUIPO (15) DE DERIVACION DE LUZ, SIENDO MEDIDOS OBJETOS (86) DE REFERENCIA QUE MUESTRAN REFLECTIVIDADES DIFERENTES.

Description

Explorador de radar por láser con resolución milimétrica.

El invento se refiere a un dispositivo de medición de separaciones con láser con un láser de impulsos, un dispositivo de desviación de la luz, una disposición de fotorrecepción, que posee un fotorreceptor optoelectrónico y un dispositivo electrónico de mando y de evaluación, al mismo tiempo, que el láser de impulsos emite de forma gobernada impulsos de luz, que los impulsos de luz emitidos sucesivamente son desviados por medio del dispositivo de desviación de la luz con ángulos variables en un margen de medición, que los impulsos de luz reflejados por un objeto que se halle en el margen de medición son recibidos en la disposición de fotorrecepción, que en el dispositivo electrónico de mando y de evaluación se determina con el procedimiento de medición del tiempo de propagación del impulso a partir del tiempo transcurrido entre la emisión y la recepción de un impulso de luz y teniendo en cuenta la velocidad de la luz, una señal de exploración representativa de la separación del objeto del dispositivo de desviación de la luz y se realiza una compensación de los errores de medida del tiempo de propagación, que se producen a consecuencia de la dinámica de la señal.

Un dispositivo de medición de separaciones con láser de esta clase es conocido a través del documento DE 43 40 756 A1. Con un radar láser de esta clase no sólo es posible determinar la separación por medio de los impulsos de luz de los objetos explorados, sino también el ángulo con el que el objeto está dispuesto en el espacio con relación a una dirección de referencia prefijada. La separación del objeto se determina partiendo del tiempo de propagación del impulso medido y teniendo en cuenta la velocidad de la luz. La exactitud de esta determinación de la separación depende en este caso esencialmente de los tres factores siguientes:

a) la resolución de la unidad de medición del tiempo asignada al dispositivo electrónico de mando y de evaluación,

b) el ruido superpuesto a la señal de recepción y

c) la exactitud de la compensación, realizada igualmente en el dispositivo electrónico de mando y de evaluación, de los errores de medida del tiempo de propagación, que se producen a consecuencia de la dinámica de la señal.

De los dos primeros factores a) y b) resulta un error de medida estadístico, que puede ser reducido formando el valor medio de varias mediciones. El tercer factor c) es más crítico, lo que se debe en primera línea a que el margen lineal de amplificación del preamplificador conectado generalmente detrás del fotorreceptor optoelectrónico es limitado en comparación con la dinámica que posee la señal en la práctica. De forma correspondiente, la compensación realizada en el radar láser conocido a través del documento DE 43 40 756 A1, basada en los errores de medida del tiempo de propagación debidos a la dinámica de la señal en función de los valores de cresta de los impulsos de luz recibidos basados en valores de corrección determinados correspondientemente, sólo conduce al resultado deseado en un margen de barrido relativamente pequeño. Si, por el contrario, el barrido del preamplificador rebasa su margen lineal de amplificación, aparecen efectos de sobreexcitación, que, en especial, dan lugar a una mayor duración de la señal de salida del preamplificador. Esto puede dar lugar a errores de medida del tiempo de propagación, que ya no es posible compensar con la detección de los valores de cresta, lo que puede suceder en especial, cuando se utilizan también para la determinación del tiempo de propagación los flancos descendentes, respectivamente los flancos, que aparecen al final de la señal de salida. A ello se suma, que este efecto depende mucho de la temperatura, de la tensión y de la carga.

El objeto del invento es crear un dispositivo de medición de separaciones con láser de la clase mencionada más arriba en el que se garantice de manera sencilla la compensación siempre fiable de los errores de medida del tiempo de propagación, que se producen a consecuencia de la dinámica de la señal, debiendo tener también en cuenta las diferentes condiciones de funcionamiento y las distintas propiedades de reflexión del objeto correspondiente.

El problema se soluciona según el invento con las características de la reivindicación 1.

Con la utilización de un objeto de referencia, que posea diferentes propiedades de reflexión se puede tener en cuenta de manera sencilla la totalidad de las propiedades de reflexión, que se producen en la práctica en relación con los correspondientes objetos y se pueden determinar los valores de corrección correspondientes. Una vez conocida la separación del objeto de referencia del dispositivo de desviación de la luz, también se conoce el tiempo de propagación nominal correspondiente. La desviación entre el tiempo de propagación del impulso medido realmente y este tiempo de propagación nominal puede ser utilizada entonces como medida del correspondiente valor de corrección o para formar un función de corrección correspondiente. La asignación de los valores de corrección determinados, respectivamente de las funciones de corrección a las diferentes propiedades de reflexión se realiza asignándolos a las cargas, respectivamente a los anchos del impulso medidos en cada caso. Al recibir un impulso de luz reflejado por un objeto situado en el margen de medición se deberán medir entonces en primer lugar la totalidad de la carga eléctrica, respectivamente el ancho de este impulso de luz, que barrió el fotorreceptor durante la recepción de este impulso de luz, aplicando después los valores de corrección correspondientes o activando la correspondiente función de corrección. La medición de la carga tiene lugar con independencia de la medición del tiempo de propagación, es decir por medio de un circuito separado de medición de la carga, de manera, que una posible sobreexcitación del preamplificador asignado al correspondiente circuito de medición del tiempo de propagación no influya en la medición de la carga. Por el contrario, de manera fundamental es posible determinar el ancho del impulso por medio del correspondiente circuito de medición del tiempo de propagación. Dado que la compensación de los errores de medida del tiempo de propagación producidos a consecuencia de la dinámica de la señal se realiza aquí en función de la carga eléctrica, respectivamente del ancho del impulso medidos, una posible sobreexcitación y los efectos de saturación ligados a ella del preamplificador asignado al circuito de medición del tiempo de propagación, no influyen en esta compensación. Una ventaja esencial del dispositivo de medición de separaciones con láser según el invento se debe ver también en especial en el hecho de que no es necesario, que exista una determinada propiedad de reflexión en un punto definido del objeto de referencia. No es necesario calibrar ni alinear este objeto de referencia. Los posibles efectos del envejecimiento carecen de toda importancia. Sólo es necesario, que el objeto de referencia esté dispuesto con una separación definida del dispositivo de desviación de la luz y que posea propiedades de reflexión, que también aparezcan en el escenario que deba ser medido en la aplicación práctica.

El objeto de referencia se dispone convenientemente fuera de un margen de ángulos de exploración definido y vigilado, de manera, que en el exterior de este margen sea barrido por los haces de luz del impulso de emisión emitidos con ángulos que varían de forma continua. La medición de los objetos correspondientes en el margen de ángulos de exploración no es perturbada así por el objeto de referencia. Por lo tanto, el objeto de referencia también se puede hallar en el propio objeto.

En el caso de un objeto de referencia coherente puede poseer este en especial propiedades de reflexión que varíen sin escalones, al mismo tiempo, que se produzcan todas las propiedades de reflexión, que también se producen en los correspondientes objetos que se quieran medir.

Sin embargo, de forma alternativa, el objeto de referencia también puede estar formado por una determinada cantidad de objetos de referencia, cuyas superficies barridas sucesivamente por el haz de luz del impulso de emisión posean propiedades de reflexión distintas. En este caso se pueden concatenar ventajosamente entre sí en el dispositivo electrónico de mando y de evaluación por medio de un polinomio adecuado los valores de medida obtenidos de los objetos parciales de referencia dispuestos con la misma separación del dispositivo de desviación de la luz, de manera, que se dispone de la posibilidad de determinar valores intermedios, eventualmente a través del polinomio.

Ventajosamente, el objeto de referencia puede ser explorado antes y/o durante el funcionamiento normal del dispositivo para obtener los valores de medida necesarios para la determinación de los valores de corrección. En especial, durante el funcionamiento también es posible una exploración repetida con la que se adapten los valores de corrección de forma continua a las condiciones de funcionamiento actuales en cada instante.

La compensación de los errores de medida del tiempo de propagación, que se producen a consecuencia de la dinámica de la señal, sólo tiene lugar en el dispositivo electrónico de mando y de evaluación en función de la carga eléctrica medida y de los valores de corrección, respectivamente de las funciones de corrección, cuando el ancho del impulso de luz recibido medido haya rebasado un determinado valor límite. Este valor límite puede ser con preferencia esencialmente igual a dos a diez veces el valor del ancho del impulso de luz emitido. Si se rebasa este valor límite se tiene un indicio de que el preamplificador correspondiente está extremadamente sobreexcitado, de manera, que la compensación puede tener lugar ahora convenientemente en función de la carga eléctrica medida.

En las reivindicaciones subordinadas se exponen otras variantes de ejecución ventajosas del dispositivo de medición de separaciones con láser según el invento.

El invento se describe en lo que sigue con detalle por medio de ejemplos de ejecución y haciendo referencia al dibujo. En él muestran:

La figura 1, en una vista esquemática, la construcción fundamental de un dispositivo de medición de separaciones con láser realizado como radar de láser.

La figura 2, una vista en planta esquemática del espejo giratorio según la figura 1 y del margen de ángulos de exploración.

La figura 3, un diagrama de tensión de señal-tiempo de impulsos de luz de recepción con distintas intensidades.

La figura 4, otro diagrama de tensión de señal-tiempo de impulsos de luz de recepción con distintas intensidades, en el que a dos señales, que se hallan en el margen lineal del preamplificador correspondiente, se comparan con la señal obtenida en el caso de una sobreexcitación.

La figura 5, una vista análoga a la de la figura 1 en una posición girada 90º del espejo giratorio para representar la función de un objeto de referencia situado en el recorrido de los rayos.

La figura 6, una parte, que comprende el medio de medición de la carga, del dispositivo electrónico de mando y de evaluación del radar de láser.

La figura 7, una curva de corrección de una corrección de amplitud.

De acuerdo con la figura 1, un motor 31 acciona un plato 28 giratorio horizontal con un movimiento de rotación continuo alrededor de un eje 17 vertical. En el contorno del plato 28 giratorio se prevé un transmisor 29 de ángulos construido como barrera de luz con forma de pinza y conectado a través de un cable 32 con la etapa de mando no representada de un dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación.

Un cuerpo 27 cilíndrico circular está dispuesto sobre el plato 28 giratorio de tal modo, que su superficie frontal superior configurada como espejo 16 giratorio esté dispuesta formando un ángulo de 45º con el eje 17 de rotación. El espejo 16 giratorio también puede ser construido de forma no representada en una placa de espejo fijada al plato 28 giratorio a través de un portaespejos. Por encima del espejo 16 giratorio está dispuesto un espejo 19 de cambio de sentido igualmente plano, pero considerablemente más estrecho, cuya superficie especular forma un ángulo de 45º con el eje 17 de rotación y que también se puede construir como cuerpo cilíndrico circular. El espejo 19 de cambio de sentido también puede ser construido como placa de espejo.

Una zona 24 central del espejo 19 de cambio de sentido recibe a través de una lente 33 de emisión y del espejo 19 de cambio de sentido la luz de un láser 11 de impulsos. El haz de luz, inicialmente horizontal, es desviado hacia abajo en el espejo 19 de cambio de sentido para ser desviado después por el espejo 16 giratorio en una dirección horizontal hacia el cristal 41 frontal del radar de láser. El haz 21 de luz del impulso de emisión penetra desde aquí en el margen 13 de medición, en el que está dispuesto por ejemplo un objeto 14, que refleja la luz, desde el que la luz dispersada vuelve, como haz 20 de luz del impulso de recepción, a través del cristal 41 frontal, a modo de un recorrido de autocolimación de los rayos, al espejo 16 giratorio.

El haz 20 de luz del impulso de recepción incide, a un lado de la zona 24 central, en la que inciden la luz 21 de emisión y en especial el rayo 18 de luz incidente central, para ser reflejado, en una zona 47 anular del espejo 16 giratorio para ser reflejado pasando por un lado del espejo 19 de cambio de sentido hacia un filtro 26 de interferencia, detrás del que está dispuesta una lente 25 de recepción. Esta lente 25 de recepción posee do zonas 25', 25'' con distinta distancia focal para poder identificar también correctamente objetos dispuestos muy cerca del radar de láser.

La lente 25 del receptor concentra la luz recibida en un fotorreceptor 23. Junto con el fotorreceptor 23 forma una disposición 22 de fotorrecepción.

El espejo 16 giratorio, el plato 28 giratorio y el motor 31 forman parte de un dispositivo 15 de cambio de sentido de la luz, que hace rotar el haz 21 de luz del impulso de emisión y haz el 20 de luz del impulso de recepción de impulsos de luz de recepción alrededor del eje 17 de rotación.

De esta manera se puede obtener un margen de ángulos de exploración de hasta 360º. Sin embargo, de acuerdo con la figura 2, el cristal 41 frontal sólo se extiende sobre un ángulo de aproximadamente 180º, que es suficiente, por ejemplo para la vigilancia de la zona situada delante de un vehículo.

En la figura 2 se representan, además de la vista en planta según la figura 1, otras dos posiciones angulares del espejo 16 giratorio y del haz 21 de luz del impulso de emisión. El haz 21 de luz del impulso de emisión, que realiza una exploración, define un plano 53 de exploración. El margen 54 de ángulos de exploración máximo se extiende según la figura 2 sobre 180º.

En el presente ejemplo de ejecución se excita el láser 11 de impulsos por medio del dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación para generar impulsos de luz con una duración de 3 a 4 nanosegundos. La duración de los impulsos de luz se puede hallar en otras formas de ejecución por ejemplo entre 1 y 50 nanosegundos. El dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación está acoplado, además, con el dispositivo 15 de cambio de sentido de la luz. Se acciona por ejemplo con un número de revoluciones de 1.500 rpm. Este número de revoluciones se puede hallar generalmente entre, en especial, 500 a 10.000 rpm. A través del cable 32 es transmitida por el transmisor 29 de ángulos a una etapa de mando asignada al dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación la posición angular en cada momento del dispositivo 15 de cambio de sentido de la luz.

A través de la lente 33 de emisión y de los espejos 19, 16 de cambio de sentido, (véanse las figuras 1 y 5) se envían impulsos 12 de luz a la zona 13 de medición. Después de un tiempo t de propagación son recibidos como impulsos 12' de luz de recepción (véase la figura 1) por la disposición 22 de fotorrecepción. El fotorreceptor 23, formado en el presente caso por un fotodiodo, en especial un diodo en avalancha (véanse las figuras 1, 5 y 6) genera a partir de ellos una señal eléctrica correspondiente, que es amplificada en un preamplificador, en el presente ejemplo de ejecución un amplificador 38 de transimpedancia (véase la figura 6) y es aplicada después a una entrada de un comparador 34. Este comparador 34 posee, además, una entrada 35 de referencia, que define el umbral 79 de detección (véanse las figuras 3 y 4), cuya señal de salida se utiliza en especial para la medición del ancho del impulsos 12' de luz recibido y, en el presente caso, al mismo tiempo para la medición del tiempo de propagación. El amplificador 38 de transimpedancia así como el comparador 34 (véase la figura 6) están asignados al dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación (véase la figura 1).

De acuerdo con la figura 6 se prevén, además, medios para la medición de la totalidad de la carga eléctrica, que barrió el fotorreceptor 23, que comprenden un condensador C, conectado con el fotorreceptor 23 a través de un diodo 37 Schottky así como un amplificador 36 de almacenamiento intermedio conectado detrás de aquel. El extremo libre del condensador C está conectado a masa, mientras que el cátodo del fotorreceptor 23 está aplicado a un potencial V para generar la correspondiente tensión de polarización.

Estos medios C, 36, 37 para la medición de la totalidad de la carga eléctrica, que barrió el fotorreceptor 23 durante la recepción de un impulso 12' de luz son, igual que los medios 34, 38 para la medición del ancho del impulso 12' de luz recibido, respectivamente la medición del tiempo de propagación, parte del dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación (véase la figura 1).

La señal de salida del comparador 34 puede ser aplicada, por ejemplo, a un contador (no representado) gobernado por un generador de frecuencias del dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación.

El dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación puede ser también, en especial, un microprocesador.

El contador, no representado, asignado al dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación es excitado, cuando se emite un impulso 12 de luz correspondiente. En el instante en el que la disposición 22 de fotorrecepción recibe un impulso 12' de luz correspondiente, es detenido este contador por medio de la señal de salida del comparador 34. Para ello es necesario, que se rebasara el umbral 79 de detección correspondiente (véanse las figuras 3 y 4). El resultado del contador es utilizado después, por ejemplo por el microprocesador, para calcular el tiempo t de propagación del impulso correspondiente y a partir de él la separación d del objeto 14 del dispositivo 15 de cambio de sentido de la luz por medio de la fórmula siguiente:

d = c\cdott/2

en la que c = velocidad de la luz.

Dado que, por ejemplo, al microprocesador del dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación también se transmite a través del cable 32 (véase la figura 1) la posición angular momentánea del dispositivo 15 de cambio de sentido de la luz, se puede transmitir ahora la información correspondiente de las coordenadas polares del objeto 14, por ejemplo, a una interfaz asignada igualmente al dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación, donde queda disponible para su utilización ulterior, por ejemplo como señal de navegación o señal de error.

Como se puede apreciar por medio de la figura 5, exteriormente al margen 54 de ángulos de exploración (véase también la figura 2) definido y vigilado está dispuesto un objeto 86 de referencia, que es barrido con ello, exteriormente a este margen 54 de ángulos de exploración, por el haz 21 de luz del impulso de emisión desviado con ángulos crecientes.

En el ejemplo de ejecución representado se puede prever en el borde de una superficie 30 barrida por el haz 21 de luz del impulso de emisión del objeto 86 de referencia un diafragma 87 ennegrecido, que evite los efectos indeseados de la luz dispersada.

La superficie 30 barrida por el haz 21 de luz del impulso de emisión del objeto 86 de referencia dispuesto exteriormente al margen 54 de ángulos de exploración definido y vigilado, posee distintas propiedades de reflexión. Esta superficie se extiende en este caso con preferencia a lo largo de un arco de circunferencia concéntrico con el eje 17 de rotación del dispositivo 15 de cambio de sentido de la luz giratorio, al mismo tiempo, que las propiedades de reflexión varían con preferencia sin escalones a lo largo del arco de circunferencia.

Esta superficie 30 puede estar formada por una película, una imprimación o análogo con una capacidad de reflexión inicial alta barnizada progresivamente con tinta negra.

Sin embargo, de forma alternativa, el objeto 86 de referencia también puede estar formado por una determinada cantidad de objetos parciales de referencia situados con preferencia con una separación mutua sobre un arco de circunferencia concéntrico con el eje 17 de rotación del dispositivo 15 de cambio de sentido de la luz giratorio, al mismo tiempo, que las superficies de los diferentes objetos parciales de referencia barridas sucesivamente por el haz 21 de luz del impulso de emisión, poseen propiedades de reflexión distintas.

En este caso se pueden concatenar en el dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación los valores de medida obtenidos referidos a objetos parciales de referencia situados a la misma distancia del dispositivo 15 de cambio de sentido de la luz por medio de un polinomio y obtener valores intermedios a partir del polinomio.

De acuerdo con la figura 5, el dispositivo de medición de separaciones con láser formado por un radar de láser está alojado en una carcasa 115 en cuya parte inferior se prevé el cristal 41 frontal curvado en 180º.

Como se desprende de las figuras 3 y 4, debido a la dinámica de la señal se pueden producir errores de medida del tiempo de propagación, que, sin embargo, pueden ser compensados con el dispositivo de medición de separaciones con láser según el invento de la manera, que todavía se describirá.

En la figura 3 se representan tres impulsos 12' de luz distintos recibidos a través del fotorreceptor 23 optoelectrónico y amplificados en el amplificador 38 de transimpedancia, que sirve como preamplificador (véase la figura 6). Estos alcanzan una tensión 80, 81, respectivamente 82 máxima de la señal. Debido a un nivel de ruido correspondientemente bajo, todos los impulsos 12' de luz recibidos rebasan el umbral 79 de detección ajustado en la entrada 35 de referencia del comprador 34. Sin embargo, el tiempo t, después del que el flanco creciente de los tres impulsos 12' de luz distintos recibidos rebasa el umbral 79 de detección es distinto. La diferencia de tiempo puede ser en el ejemplo representado hasta de por ejemplo 1,2 ns, lo que equivale a un error de medida de aproximadamente 20 cm. Este error de medida del tiempo (por ejemplo 84, 85 para las señales con los valores 80, 81 máximos) con relación al tiempo 83 de base para el impulso 12' con el valor 82 máximo más grande puede ser almacenado en el microprocesador del dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación y ser utilizado correspondientemente para fines de corrección.

Siempre que el preamplificador, en el presente caso el amplificador 38 de transimpedancia (véase la figura 6), trabaje en el margen lineal de amplificación, es fundamentalmente posible realizar la compensación de los errores de medida del tiempo de propagación debidos a la dinámica de la señal en función de los valores 80, 81, 82 máximos o de cresta (véase la figura 3), lo que es posible, por ejemplo, con un detecto de valores de cresta.

Como se desprende de la figura 4, en el caso de una excitación del preamplificador 38, respectivamente del amplificador de transimpedancia por encima de su margen lineal, esto ya no es posible sin más, al menos, cuando se utiliza también el flanco descendente para la medición del tiempo de propagación. Como muestra la figura 4, los efectos de saturación ligados a una sobreexcitación dan lugar a que la correspondiente señal de salida del preamplificador se alargue en el tiempo, es decir, que el flanco descendente rebasa nuevamente por abajo el umbral 79 de detección en un instante considerablemente más tardío (véase la figura 4, señal sobreexcitada).

Sin embargo, el dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación está diseñado según el invento de tal modo, que la compensación de los errores de medida del tiempo de propagación, que se producen a consecuencia de la dinámica de la señal, tiene lugar mediante los medios C, 36, 37 ; 34, 38 para la medición de la totalidad de la carga eléctrica que barrió el fotorreceptor 23 durante la recepción de un impulso 12' de luz, respectivamente para la medición del ancho del impulso 12' de luz recibido en función de la carga eléctrica medida, respectivamente del ancho del impulso así como sobre la base de los correspondientes valores de corrección determinados por el dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación a partir de las cargas, respectivamente del ancho de los impulsos medidos al menos con relación a un objeto 86 de referencia (véase la figura 5) con distintas propiedades de reflexión situado a una distancia definida del dispositivo 15 de cambio de sentido de la luz.

Al ser barrido el objeto 86 de referencia por el haz 21 de luz del impulso de emisión, se activan sucesivamente las diferentes propiedades de reflexión de la superficie 30 del objeto 86 de referencia. Con el dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación se pueden determinar ahora, a partir de las cargas, respectivamente de los anchos de los impulsos y de los tiempos de propagación de los impulsos medidos con relación al objeto 86 de referencia, los valores de corrección necesarios para la compensación. Dado que se conoce la separación del objeto 86 de referencia del dispositivo 15 de cambio de sentido de la luz, se puede determinar sin más el tiempo de propagación nominal con el que se pueden comparar después los tiempos de propagación del impulso realmente medidos. Las desviaciones del tiempo de propagación pueden servir entonces como medida para los valores de corrección, respectivamente las funciones de corrección correspondientes. Los valores de corrección resultantes pueden ser almacenados por ejemplo en el dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación.

Si se explora después en el margen 54 de ángulos de exploración (véase por ejemplo la figura 2) un objeto 14 (véase la figura 1), se miden nuevamente en primer lugar, a partir del impulso de luz recibido, la totalidad de la carga eléctrica, que barrió el fotorreceptor 23 durante la recepción del impulso de luz y/o el ancho del impulso de luz recibido, siendo posible activar después el valor de corrección, respectivamente una función de corrección. Una posible sobreexcitación y el efecto de saturación ligado a ella del preamplificador, respectivamente del amplificador 38 de transimpedancia no influyen en modo alguno en la compensación y con ello en la medición de la separación.

Como ya se mencionó, los medios para la medición de la totalidad de la carga eléctrica, que barrió el fotorreceptor 23 durante la recepción de un impulso 12' de luz comprenden el diodo 37 Schottky con el condensador C conectado en serie con el fotorreceptor 23 optoelectrónico así como el amplificador 36 de almacenamiento intermedio conectado a continuación de este (véase la figura 6).

Los anchos de los impulsos pueden ser medidos por ejemplo con un contador no representado asignado al dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación y excitado con la señal de salida del comparador 34 (véase la figura 6). La señal de salida de este comparador 34 se utiliza en el presente caso al mismo tiempo para la medición del tiempo de propagación.

Se puede obtener una mayor precisión de la medición, entre otros, por el hecho de que en el dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación se forma el valor medio de los valores de medida obtenidos durante una determinada cantidad de exploraciones del objeto 86 de referencia.

El dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación está diseñado de tal modo, que la compensación de los errores de medida del tiempo de propagación producidos a consecuencia de la dinámica de la señal sólo tenga lugar en función de la carga eléctrica medida y sobre la base de los correspondientes valores de corrección determinados, cuando el ancho medido del impulso 12' de luz recibido haya rebasado un determinado valor límite. Este valor límite puede ser al menos esencialmente igual al valor del ancho del impulso 12 de luz emitido. Con ello, este valor límite es un indicio de que el preamplificador, respectivamente el amplificador 38 de transimpedancia fue sobreexcitado (véase la figura 4, señal sobreexcitada). Previamente se realiza la compensación, por ejemplo, en función de los anchos de impulso medidos en cada caso.

Si las mediciones se realizan en diferentes posiciones del objeto 86 de referencia, se pueden representar por ejemplo los anchos de los impulsos de salida en el margen de excitación lineal y no lineal del preamplificador, respectivamente la amplitud medida en función de la medición de la carga con relación al tiempo de propagación determinado con el umbral prefijado.

Dado que la separación del objeto 86 de referencia del dispositivo 15 de cambio de sentido de la luz es conocida, se puede formar con ello directamente una función de corrección que sea también válida para mediciones en el escenario exterior. Para mejorar la resolución se puede realizar, como ya se mencionó, en el dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación una formación del valor medio.

Ya se expuso, que, por un lado, se puede medir el ancho del impulso y, por otro, la carga. Por medio de la figura 7 se describirá ahora un ejemplo de una evaluación de la señal realizada en el dispositivo 10 electrónico de mando y de evaluación, en la que, para la compensación de los errores de medida producidos a consecuencia de la dinámica de la señal, tiene lugar la corrección de la distancia medida en función del ancho medido del impulso de luz recibido. De acuerdo con el diagrama de la figura 7b), en el que se representa la amplitud de la señal en función del tiempo, se mide con T1 el tiempo transcurrido entre la emisión del impulso de luz y la aparición del flanco ascendente del impulso de luz recibido. El tiempo T2 medido representa el tiempo transcurrido entre la emisión del impulso de luz y la aparición del flanco descendente del impulso de luz recibido. El flanco correspondiente es detectado en este caso por el hecho de que se determina el instante en el que pasa por el umbral de detección. A partir de los dos valores T1, T2 se puede determinar entonces el ancho del impulso del haz de luz recibido, cuyo valor es igual a T2 - T1 o igual al valor absoluto de T1 - T2. La figura 7a) representa un diagrama de corrección en el que un valor de corrección expresado en ps se representa en función del ancho \DeltaT del impulso medido. Esta curva de corrección, que comienza con un valor del ancho del impulso medido del orden de 3 ns, se utiliza, de acuerdo con la siguiente relación, para la corrección de la distancia medida:

R = [T1 - error de medida] x c/2

= T1 x c/2 - F(T1 - T2) x c/2

\hskip7cm

= distancia medida - corrección (\DeltaT)

con

R = Distancia corregida

F = Error de medida como función del ancho del impulso medido

\DeltaT = Ancho del impulso medido

c = Velocidad de la luz

No es necesario, que una determinada propiedad de reflexión se halle en un punto definido del objeto 86 de referencia. No es necesario calibrar y alinear el objeto 86 de referencia. Los efectos de envejecimiento no tienen influencia alguna. Las propiedades de reflexión de la superficie 30 del objeto 86 de referencia se eligen convenientemente de tal modo, que se tengan en cuenta todas las propiedades de reflexión existentes en el escenario exterior o que se formen determinados puntos de referencia, que se concatenan con un polinomio del orden correspondiente, para poder determinar por medio del polinomio valores intermedios.

Con ello tiene lugar en cualquier caso una compensación fiable de los errores de medida del tiempo de propagación, que se producen a consecuencia de la dinámica de la señal. Se puede explorar un escenario con propiedades de reflexión cualesquiera sin errores de medida sistemáticos. En el caso de la formación del valor medio de varias exploraciones se pueden obtener con ello exactitudes de medida hasta de 1 mm.

El objeto de referencia puede ser explorado antes y/o durante el funcionamiento normal del radar de láser para obtener los valores de medida necesarios para la determinación de los valores de corrección. En especial durante el funcionamiento también es posible con preferencia una exploración repetida, con la que los valores de corrección se adaptan continuamente a las condiciones de funcionamiento actuales.

El dispositivo de medición de separaciones con láser y en especial su dispositivo electrónico de mando y de evaluación se pueden diseñar como se describe en el documento DE 43 40 756 A1 mencionado más arriba.

Lista de símbolos de referencia

10	Dispositivo electrónico de mando y de evaluación
11	Láser de impulsos
12	Impulsos de luz emitidos
12'	Impulsos de luz recibidos
13	Margen de medición
14	Objeto
15	Dispositivo de cambio de sentido de la luz
16	Espejo giratorio
17	Carcasa
18	Rayo de luz incidente central
19	Espejo de cambio de sentido
20	Haz de luz del impulso de recepción
21	Haz de luz del impulso de emisión
22	Disposición de fotorreceptor
23	Fotorreceptor optoelectrónico
24	Margen central
25	Lente del receptor
25', 25''	Márgenes con distintas distancias focales
26	Filtro de interferencia
27	Cuerpo cilíndrico circular
28	Plato giratorio
29	Transmisor de ángulos
30	Superficie
31	Motor
32	Cable
33	Lente de emisión
34	Comparador
35	Entrada de referencia
36	Amplificador de almacenamiento intermedio
37	Diodo Schottky
38	Amplificador de transimpedancia
41	Cristal frontal
47	Zona anular
53	Plano de exploración
54	Margen de ángulos de exploración
79	Umbral de detección
80	Tensión de la señal
81	Tensión de la señal
82	Tensión de la señal
83	Tiempo de base
84	Error de medida del tiempo
85	Error de medida del tiempo
86	Objeto de referencia
87	Diafragma anular
115	Carcasa
C	Condensador

Claims (10)

1. Dispositivo de medición de separaciones con láser con un láser (11) de impulsos, un dispositivo (15) de desviación de la luz, una disposición (22) de fotorrecepción, que posee un fotorreceptor (23) optoelectrónico y un dispositivo (10) electrónico de mando y de evaluación, al mismo tiempo, que el láser (11) de impulsos emite de forma gobernada impulsos (12) de luz, que los impulsos (12) de luz emitidos sucesivamente son desviados por medio del dispositivo (15) de desviación de la luz con ángulos variables en un margen (13) de medición, que los impulsos (12') de luz reflejados por un objeto (14) que se halle en el margen (13) de medición son recibidos en la disposición (22) de fotorrecepción, que en el dispositivo (10) electrónico de mando y de evaluación se determina con el procedimiento de la medición del tiempo de propagación del impulso a partir del tiempo transcurrido entre la emisión y la recepción de un impulso (12, 12') de luz y teniendo en cuenta la velocidad de la luz, una señal de exploración representativa de la separación del objeto (14) del dispositivo (15) de desviación de la luz y se realiza una compensación de los errores de medida del tiempo de propagación, que se producen a consecuencia de la dinámica de la señal, caracterizado porque el dispositivo (10) electrónico de mando y de evaluación comprende medios (C, 36, 37; 34, 38) para la medición de la totalidad de la carga eléctrica que barrió el fotorreceptor (23) durante la recepción de un impulso (12') de luz y para la medición del ancho del impulso (12') de luz recibido y porque la compensación de los errores de medida del tiempo de propagación, producidos a consecuencia de la dinámica de la señal, se realiza en función de la carga eléctrica medida, respectivamente del ancho del impulso sobre la base de los valores de corrección correspondientes, determinados por el dispositivo (10) electrónico de mando y de evaluación a partir de las cargas, respectivamente los anchos del impulso y los tiempos de propagación de los impulsos, medidos con relación a al menos un objeto (86) de referencia, que posee diferentes propiedades de reflexión, dispuesto con una separación definida del dispositivo (15) de desviación de la luz, al mismo tiempo, que la compensación de los errores de medida del tiempo de propagación producidos a consecuencia de la dinámica de la señal, sólo tiene lugar en el dispositivo (10) electrónico de mando y de evaluación en función de la carga eléctrica medida y sobre la base de los valores de corrección, respectivamente la función de corrección determinados correspondientemente, cuando el ancho medido del impulso (12') de luz recibido haya rebasado un determinado valor límite.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el objeto (86) de referencia está dispuesto exteriormente a un margen (54) de ángulos de exploración definido y vigilado y es barrido con haces (21) de luz del impulso de emisión desviados con ángulos que varían de forma continua y/o porque el objeto (86) de referencia posee una superficie (30) con propiedades de reflexión que varían con preferencia sin escalones, barrida por el haz (21) de luz del impulso de emisión y que se extiende a lo largo de un arco de circunferencia concéntrico con el eje (17) de rotación del dispositivo (15) giratorio de desviación de la luz, al mismo tiempo, que las propiedades de reflexión varían a lo largo del arco de circunferencia y que, en especial la superficie (30) está formada por una película, imprimación o análogo dotada de una capacidad de reflexión inicial alta, lacada progresivamente con tinta
negra.

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el objeto (86) de referencia está formado por una determinada cantidad de objetos parciales de referencia situados con preferencia con una separación mutua sobre un arco de circunferencia concéntrico con el eje (17) de rotación del dispositivo (15) giratorio de desviación de la luz y porque las superficies, barridas sucesivamente por el haz (21) de luz del impulso de emisión, de los distintos objetos parciales de referencia poseen propiedades de reflexión distintas, al mismo tiempo, que en el dispositivo (10) electrónico de mando y de evaluación se concatenan entre sí por medio de un polinomio los valores de medida obtenidos en relación con los objetos parciales de referencia dispuestos con la misma separación del dispositivo (15) de desviación de la luz y que a través del polinomio se determinan valores intermedios.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque el dispositivo (15) de desviación de la luz cubre un ángulo de desviación de 360º y gira con preferencia de forma continua en un sentido de giro y/o porque los medios (C, 36, 37) para la medición de la totalidad de la carga eléctrica que barrió el fotorreceptor (23) durante la recepción de un impulso (12') de luz comprenden un condensador (C) conectado en serie con el fotorreceptor (23) así como un amplificador (36) de almacenamiento intermedio conectado a continuación de él, al mismo tiempo, que, en especial, el condensador (C) está conectado en serie con el fotorreceptor (23) a través de un diodo, con preferencia un diodo (37) Schottky

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el fotorreceptor (23) está conectado a través de un preamplificador, con preferencia un amplificador (38) de transimpedancia, con una entrada de un comparador (34) provisto, además, de una entrada (35) de referencia, que define un umbral (79) de detección y cuya señal de salida es utilizada en especial para la medición del ancho del impulso (12') de luz recibido, al mismo tiempo, que la señal de salida del comparador (34) es utilizada al mismo tiempo para la medición del tiempo de propagación.

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el objeto (86) de referencia es explorado antes y/o durante el funcionamiento normal del dispositivo, con preferencia de forma repetida para obtener los valores de medida necesarios para la determinación de los valores de corrección y/o porque durante una determinada cantidad de exploraciones del objeto (86) de referencia se forma en el dispositivo (10) de mando y de evaluación el valor medio de los valores de medida obtenidos para mejorar la exactitud.

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, en especial, el valor límite es al menos esencialmente igual a 2 a 10 veces, con preferencia a 2 a 5 veces, el ancho del impulso (12) de luz emitido, respectivamente equivale a un valor con el que el preamplificador es sobreexcitado fuertemente.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dispositivo (10) de mando y de evaluación comprende una unidad de medición del tiempo para la determinación de los tiempos de propagación y del ancho de los impulsos.

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dispositivo (10) de mando y de evaluación comprende un microprocesador.

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el fotorreceptor optoelectrónico es un fotodiodo, en especial un diodo (23) de avalancha.