ES2356984T3 - Procedimiento para medir la distancia mediante medición del tiempo de propagación de impulsos láser para vehículos. - Google Patents

Procedimiento para medir la distancia mediante medición del tiempo de propagación de impulsos láser para vehículos. Download PDF

Info

Publication number
ES2356984T3
ES2356984T3 ES02005599T ES02005599T ES2356984T3 ES 2356984 T3 ES2356984 T3 ES 2356984T3 ES 02005599 T ES02005599 T ES 02005599T ES 02005599 T ES02005599 T ES 02005599T ES 2356984 T3 ES2356984 T3 ES 2356984T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
laser
measuring
distance
reflected
propagation time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
ES02005599T
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Schellmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hella GmbH and Co KGaA
Original Assignee
Hella KGaA Huek and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hella KGaA Huek and Co filed Critical Hella KGaA Huek and Co
Application granted granted Critical
Publication of ES2356984T3 publication Critical patent/ES2356984T3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/933—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of aircraft or spacecraft
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
    • G01S2007/4975—Means for monitoring or calibrating of sensor obstruction by, e.g. dirt- or ice-coating, e.g. by reflection measurement on front-screen
    • G01S2007/4977—Means for monitoring or calibrating of sensor obstruction by, e.g. dirt- or ice-coating, e.g. by reflection measurement on front-screen including means to prevent or remove the obstruction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G01S2013/9327—Sensor installation details
    • G01S2013/93277—Sensor installation details in the lights

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

Procedimiento para medir distancias mediante la medición del tiempo de propagación de los impulsos láser para vehículos con un sensor de distancia que comprende - un sensor (1) con generador de pulsos (1A) conectado previamente para la generación de impulsos láser (L), - un receptor (3) con circuito de medición del tiempo de propagación (3A) conectado posteriormente para la detección del impulso láser (RL) reflejado por un objetivo, caracterizado porque una pared de terminación (2) sólo casi totalmente transparente para la radiación láser se utiliza para el espacio de montaje en el que está dispuesto el sensor de distancia, pared que sirve para proteger el sensor de distancia ante aguas residuales, polvo, caída de piedras, etc. determinándose el tiempo de propagación de una parte (RT) del impulso láser (L) reflejada por esta pared de terminación (2) hacia el receptor (3) como señal de tiempo de referencia para la medición de la distancia.

Description

La invención se refiere a un procedimiento para medir la distancia mediante la medición del tiempo de propagación de impulsos láser. Un aparato de medida (sensor de distancia) para la realización de este procedimiento se describe, por ejemplo, en el documento DE 30 20 996 A1. El impulso láser se genera por un láser semiconductorizado como emisor con generador de pulsos conectado anteriormente. El impulso láser reflejado por el objetivo del cual debe determinarse la 5 distancia al vehículo, se detecta de forma temporal por un fotodiodo, preferiblemente un fotodiodo de avalancha, con circuito de medición del tiempo de propagación conectado posteriormente. No obstante, entre la conexión (disparo) del generador de pulsos en el momento T0 y el envío del impulso láser en el momento TS como señal de inicio real se encuentra un tiempo de retardo ∆T = TS – T0. En este caso el tiempo de retardo depende principalmente de los componentes utilizados, en particular del generador de pulsos utilizado, desempeñando un papel también la elección del 10 láser semiconductorizado. Si este tiempo de retardo fuera constante, entonces no sería crítico ya que se podría determinar una vez y luego podría tenerse en cuenta en la medición del tiempo de propagación como valor de corrección. Por supuesto este no es el caso ya que este tiempo de retardo puede cambiar fuertemente en particular en el caso de oscilaciones de temperatura. Así el tiempo de retardo puede situarse en el rango de temperatura relevante para los vehículos al utilizar determinados componentes entre 100 y 200 nanosegundos, lo que significa una oscilación de 100 15 nanosegundos. Por consiguiente el momento de inicio y por consiguiente la medición del tiempo de propagación tendría una imprecisión de 100 nanosegundos, lo que significaría por último una inexactitud para la medición de la distancia de 15 m.
Por este motivo en el documento DE 30 20 996 A1 se propone desacoplar una parte del impulso láser a través de una fibra óptica en la dirección en el diodo receptor como señal inicial de referencia. No obstante, es muy cara y costosa la previsión 20 de una fibra óptica para esta finalidad.
Del documento DE 197 31 754 A1 se describe la integración del sensor de distancia descrito anterior en el faro de un vehículo. No obstante, allí no se aborda el problema de la determinación exacta del tiempo de inicio para la medición del tiempo de propagación.
El objetivo de la invención es crear un procedimiento para la medición de la distancia mediante la medición del tiempo de 25 propagación de impulsos láser para vehículos, que de manera sencilla, económica y segura permita una corrección del tiempo de retardo entre el disparo del generador de pulsos y el momento de salida de luz del impulso láser.
Para la solución de este objetivo se utiliza el hecho de que en la integración de un sensor de distancia del tipo mencionado anteriormente en un faro, el impulso láser debe pasar a través del cristal externo transparente para la radiación láser (mencionado también como cristal de dispersión). Para la invención el cristal externo ahora no es sólo un elemento de 30 diseño transparente – como en el caso del documento DE 197 31 754 A1. Mejor dicho según la invención se utiliza el conocimiento de que el cristal externo es sólo casi completamente transparente para la radiación láser, es decir, una pequeña parte del impulso láser se refleja por el cristal externo de vuelta al faro. Esta parte del impulso láser reflejada por el cristal externo alcanza también el diodo receptor – según han mostrado las mediciones – en el caso de característica de radiación correspondiente (rayo láser ligeramente divergente) y proximidad espacial suficiente entre láser de envío y diodo 35 receptor. Mientras que ahora la parte del impulso láser reflejada por el cristal externo se detecta de forma temporal, el momento de envío del impulso láser (momento de destello del láser) se determina exactamente, ya que el trayecto recorrido por el rayo láser reflejado es siempre igual del láser emisor a través del cristal externo al diodo receptor debido a la disposición geométrica fija.
Si la reflexión en el cristal externo no es suficientemente elevado al utilizar un cristal externo convencional, así en una 40 forma de realización está previsto utilizar un cristal externo que está configurado reflejando al menos localmente para la obtención de una elevada reflexión de una parte del impulso láser.
Alternativamente o adicionalmente a esta medida, en una forma de realización está previsto aumentar la sensibilidad del receptor en una ventana de tiempo determinada para detectar la recepción de una señal reflejada en el cristal externo con baja intensidad. 45
La idea que sirve de base a la invención no está limitada en la integración del sensor de distancia láser en un faro. La idea base consiste más bien en proveer el espacio constructivo en el que está dispuesto el sensor de distancia, con una pared de terminación (sólo) casi transparente para la radiación de láser, determinándose luego el tiempo de propagación de una parte del impulso láser reflejado por la pared de terminación hacia el receptor como señal de tiempo de referencia para la medición de la distancia. En general, si la longitud de onda del láser se sitúa fuera del rango espectral visible, la pared de 50 terminación no debe ser transparente para luz visible. La pared de terminación sirve para proteger el sensor de distancia frente a aguas residuales, polvo, caída de piedras, etc. Por consiguiente es posible entonces por ejemplo, la integración del sensor de distancia en el parachoques de un vehículo.
Mediante los dos dibujos adjuntos debe explicarse más en detalle la invención.
En la figura 1 está representado esquemáticamente el aparato de medida para la determinación de la distancia, con el que se realiza el procedimiento según la invención. La línea a trazos representa un faro en el que está integrado el aparato de medida. El aparato de medida (sensor de distancia) se compone de un láser semiconductorizado como emisor (1) para el impulso láser, cuyo tiempo de propagación se mide al reflejarse en un objetivo (Target) para la determinación de la distancia. Un generador de pulsos (1A) está conectado previamente al láser semiconductorizado (1). Detrás del verdadero 5 láser semiconductorizado (1) se sitúa una lente de desacoplamiento (1B), formando el láser semiconductorizado (1) y la lente de desacoplamiento (1B) preferiblemente una unidad que debe designarse como emisor (1). En un trayecto al objetivo, por ejemplo, un vehículo que circula delante, el impulso láser debe pasar el cristal externo (2). En este caso la distancia entre la lente de desacoplamiento (1B) del emisor (1) y el cristal externo (2) se designa como Ea. El impulso láser reflejado por el objetivo debe pasar ahora por su lado el cristal externo (2) y llega luego a través de una lente de 10 acoplamiento (3B) al diodo receptor (3). También aquí forman la lente de acoplamiento (3B) y el diodo receptor (3) preferiblemente una unidad. Un circuito (3A) para la medición del tiempo de propagación está conectado posteriormente al diodo receptor (3).
El modo de trabajo del aparato de medida es ahora como sigue:
El generador de pulsos (A) genera el momento T0 una señal de disparo, por lo que se enciende el láser 15 semiconductorizado (1). La señal de disparo sirve al mismo tiempo para la activación de la medición del tiempo de propagación. Hablando gráficamente se pone a cero la hora interna del circuito de medición del tiempo de propagación (3A) y se conecta. Con un retardo temporal consabido sale luego el impulso láser en el momento TS del emisor (1). Entonces en el momento Ta se detecta por el circuito de medición del tiempo de propagación (3A) la parte (RT) del impulso láser (L) reflejada por el cristal externo (2) que ha llegado al diodo receptor (3). Un tiempo (TZ) consabido más 20 tarde se detecta luego la señal (RL) reflejada por el objetivo.
En la figura 2 están representados el transcurso temporal y los desarrollos de señales que han sido registrados por el circuito de medición del tiempo de propagación (3A). Según puede reconocerse claramente, la amplitud de la señal (RT) reflejada por el cristal externo (2) es esencialmente menor que la amplitud de la señal (RL) reflejada por el objetivo. En la forma de realización representada se memoriza un valor umbral (umbral de disparo) en el circuito de medición del tiempo 25 de propagación (3A), detectándose las señales si la amplitud ha sobrepasado este valor umbral. En una forma de realización preferida, no representada se leen las señales a través de un circuito Sample and Hold y a continuación se determina el máximo de señal o el centro de gravedad del desarrollo de señal. Además, al especialista le son familiares otros procedimientos de evaluación.
La distancia entre el cristal externo (2) y el objetivo se designa como EZ en la figura 1. La distancia entre el emisor (1) o su 30 lente de desacoplamiento (1B) y el objetivo se designa como E.
Para la distancia al objetivo a determinar es válida ahora la siguiente relación:
I. EZ = ½(TZ-TS) c - Ea
El factor ½ resulta del hecho de que el impulso láser reflejado ha recorrido el doble de distancia. La variable c corresponde con la velocidad de la luz. En este caso la variable TS - el momento de salida del impulso láser – sin embargo se determina 35 ahora de forma inexacta. Esta inexactitud se elimina ahora, midiéndose el tiempo de propagación Ta de la parte (RT) del impulso láser reflejada por el cristal externo como tiempo de referencia, es decir, el tiempo que necesita el impulso láser para el recorrido del trayecto Ea siempre igual del emisor (1) al cristal externo (2):
II. Ea = ½(Ta-TS) c
Mediante la sustitución de las dos igualdades se obtiene una relación para la distancia al objetivo, en la que ya no está 40 incluida la variable TS inexacta:
III. EZ = ½(TZ-Ta) c - Ea
Durante el funcionamiento el sensor de distancia genera periódicamente impulsos láser, para determinar continuamente la distancia a objetivos situados delante del vehículo (vehículos que circulan por delante, obstáculos, limitaciones de la calzada, etc.) En este caso no es necesario que en cada impulso láser se mida también la parte (RT) del impulso láser 45 reflejada en el cristal externo (2) como señal de referencia. Aquí es suficiente si estas mediciones de referencia se realizan sólo después de intervalos consabidos de tiempo o según un número consabido de impulsos láser.

Claims (3)

  1. REIVINDICACIONES
    1.- Procedimiento para medir distancias mediante la medición del tiempo de propagación de los impulsos láser para vehículos con un sensor de distancia que comprende
    - un sensor (1) con generador de pulsos (1A) conectado previamente para la generación de impulsos láser (L),
    - un receptor (3) con circuito de medición del tiempo de propagación (3A) conectado posteriormente para la 5 detección del impulso láser (RL) reflejado por un objetivo,
    caracterizado porque
    una pared de terminación (2) sólo casi totalmente transparente para la radiación láser se utiliza para el espacio de montaje en el que está dispuesto el sensor de distancia, pared que sirve para proteger el sensor de distancia ante aguas residuales, polvo, caída de piedras, etc. 10
    determinándose el tiempo de propagación de una parte (RT) del impulso láser (L) reflejada por esta pared de terminación (2) hacia el receptor (3) como señal de tiempo de referencia para la medición de la distancia.
  2. 2.- Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la sensibilidad del receptor (3) se aumenta dentro de una ventana de tiempo determinada para detectar una señal reflejada en la pared de terminación (2) con baja intensidad.
  3. 3.- Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la pared de terminación (2) se forma por el cristal 15 externo de un faro.
ES02005599T 2001-03-27 2002-03-12 Procedimiento para medir la distancia mediante medición del tiempo de propagación de impulsos láser para vehículos. Expired - Lifetime ES2356984T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10115152A DE10115152A1 (de) 2001-03-27 2001-03-27 Verfahren zur Abstandsmessung mittels Laufzeitmessung von Laserimpulsen für Fahrzeuge
DE10115152 2001-03-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2356984T3 true ES2356984T3 (es) 2011-04-15

Family

ID=7679292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES02005599T Expired - Lifetime ES2356984T3 (es) 2001-03-27 2002-03-12 Procedimiento para medir la distancia mediante medición del tiempo de propagación de impulsos láser para vehículos.

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6665057B2 (es)
EP (1) EP1258735B1 (es)
DE (2) DE10115152A1 (es)
ES (1) ES2356984T3 (es)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10163925A1 (de) 2001-12-22 2003-07-03 Conti Temic Microelectronic Verfahren zur Abstandsmessung
FR2887342B1 (fr) * 2005-06-17 2009-04-17 Valeo Vision Sa Procede et dispositif de telemetrie notamment pour vehicule automobile
USRE46930E1 (en) * 2007-12-21 2018-07-03 Leddartech Inc. Distance detection method and system
EP3206046B1 (en) 2007-12-21 2021-08-25 Leddartech Inc. Detection and ranging methods and systems
PL2239374T5 (pl) † 2009-04-03 2017-10-31 Voegele Ag J Wykańczarka
US8692980B2 (en) * 2010-11-01 2014-04-08 Advanced Scientific Concepts, Inc. Flash LADAR collision avoidance system
US9157989B2 (en) * 2012-08-29 2015-10-13 Trimble Ab Distance measurement methods and apparatus
CN106908775B (zh) * 2017-03-08 2019-10-18 同济大学 一种基于激光反射强度的无人车实时定位方法
CA3194223A1 (en) 2020-07-21 2021-10-06 Leddartech Inc. Beam-steering device particularly for lidar systems
EP4185924A1 (en) 2020-07-21 2023-05-31 Leddartech Inc. Beam-steering device particularly for lidar systems
WO2022016277A1 (en) 2020-07-21 2022-01-27 Leddartech Inc. Systems and methods for wide-angle lidar using non-uniform magnification optics
CN116359935B (zh) * 2023-05-22 2023-08-11 苏州洞悉科技有限公司 一种门控成像的测距系统和测距方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2546714A1 (de) * 1975-10-17 1977-04-21 Siemens Ag Verfahren zum messen des abstandes von und der geschwindigkeitskomponente eines objektes senkrecht zu einer bezugslinie
DE2723835C2 (de) * 1977-05-26 1982-09-23 MITEC Moderne Industrietechnik GmbH, 8012 Ottobrunn Laserentfernungsmeßgerät nach dem Prinzip der Laufzeitmessung eines Lichtimpulses
DE3020996C2 (de) * 1980-06-03 1989-07-20 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8012 Ottobrunn Einrichtung zur Bestimmung der Auslöseentfernung von einem sich auf ein Ziel zu bewegenden Flugkörper
DE3219423C2 (de) * 1981-06-09 1986-04-30 MTC, Meßtechnik und Optoelektronik AG, Neuenburg/Neuchâtel Entfernungsmeßverfahren und Vorrichtung zu seiner Durchführung
US5359404A (en) * 1989-03-27 1994-10-25 Laser Technology, Inc. Laser-based speed measuring device
US5206697A (en) * 1990-10-19 1993-04-27 Schwartz Electro Optics, Inc. Tunable laser rangefinder and method
DE19607345A1 (de) * 1996-02-27 1997-08-28 Sick Ag Laserabstandsermittlungsvorrichtung
DE19731754C2 (de) * 1997-07-23 2002-10-24 Martin Spies Kombination Infrarot-Laser-Abstandssensoren mit Scheinwerfern
DE50114296D1 (de) * 2000-07-27 2008-10-23 Leuze Electronic Gmbh & Co Kg Optoelektronische Vorrichtung
DE50115628D1 (de) * 2000-10-06 2010-10-28 Leica Geosystems Ag Entfernungsmessgerät

Also Published As

Publication number Publication date
EP1258735B1 (de) 2010-12-29
EP1258735A1 (de) 2002-11-20
US20020140923A1 (en) 2002-10-03
DE50214828D1 (de) 2011-02-10
DE10115152A1 (de) 2002-10-10
US6665057B2 (en) 2003-12-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2356984T3 (es) Procedimiento para medir la distancia mediante medición del tiempo de propagación de impulsos láser para vehículos.
TWI432768B (zh) 藉由光電影像感測器判定距離之方法與裝置
JP4499261B2 (ja) タキメータ望遠鏡
ES2225906T3 (es) Explorador de radar por laser con resolucion milimetrica.
US6411371B1 (en) Device for optical distance measurement
US3963347A (en) Erbium laser ceilometer
ES2732010T3 (es) Sistema de referencia de posición y método para posicionar y seguir uno o más objetos
CN100454038C (zh) 采用位置敏感探测器的大气湍流探测激光雷达
CN201035148Y (zh) 激光测距仪
JP2005091286A (ja) レーザ測距装置
ATE257249T1 (de) Kombinierte fernrohr- und entfernungsmessvorrichtung
US3373441A (en) Laser speed detector
US9958546B2 (en) Laser rangefinder and method of measuring distance and direction
CN101975953A (zh) 一种手持昼夜激光成像测距仪
RU2526230C1 (ru) Прибор наблюдения-прицел со встроенным импульсным лазерным дальномером
CN1323279C (zh) 目标探测装置以及用于该装置的不规则物体探测设备
JP5154028B2 (ja) 光波距離計
US4866849A (en) Surveying target with high intensity discharge lamp
CN107238840B (zh) 脉冲激光高速测距光学系统
CN212749236U (zh) 一种二维扫描远距离激光雷达
ES2325134T3 (es) Dispositivo de medicion de distancias.
JPH08327738A (ja) 距離測定装置
JP2022522832A (ja) リアルタイムｌｉｄａｒ距離校正のためのシステムおよび方法
KR100976299B1 (ko) 양방향 광모듈 및 이를 이용한 레이저 거리 측정장치
JPH0153752B2 (es)