FR2670905A1

FR2670905A1 - Appareil de mesure de distance.

Info

Publication number: FR2670905A1
Application number: FR9112317A
Authority: FR
Inventors: Akasu Masahira
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-10-05
Filing date: 1991-10-07
Publication date: 1992-06-26
Anticipated expiration: 2011-10-07
Also published as: DE4133196A1; US5179286A; DE4133196C2; FR2670905B1

Abstract

L'invention concerne un appareil de mesure de distance pour mesurer la distance d'un objet (10). Il comprend un générateur d'impulsions d'horloge (2), un laser impulsionnel (1), un circuit photo-détecteur (3) pour détecter une impulsion lumineuse d'écho résultant de la réflexion de l'impulsion lumineuse du laser sur l'objet (10); un convertisseur A/N (4) pour convertir un signal électrique sorti du circuit photo-détecteur (3) en des données numériques à la cadence du signal d'impulsions d'horloge, et une mémoire (5) pour mémoriser séquentiellement les données numériques sorties du convertisseur A/N (4) sur une base séquentielle dans le temps, et une unité de traitement (7) pour traiter les données mémorisées dans la mémoire (5) pour déterminer par ce moyen de façon arithmétique la distance de l'objet (10) sur la base d'un pic apparaissant dans une forme d'onde d'écho reconstituée à partir des données, du temps écoulé depuis l'émission de l'impulsion lumineuse jusqu'à l'apparition du pic, et de la fréquence du signal d'horloge.

Description

APPAREIL DE MESURE DE DISTANCE

La présente invention se rapporte à un télémètre ou appareil de mesure de distance pour mesurer la distance à laquelle se trouve un objet donné, en émettant une impulsion lumineuse en direction de l'objet, en recevant une impulsion lumineuse d'écho réfléchie par l'objet, et en déterminant la distance à laquelle se trouve l'objet sur la base du temps qui s'est écoulé entre l'émission de

l'impulsion lumineuse et sa réception.

Comme système de télémétrie ou appareil de mesure de distance, du type mentionné ci-dessus, on connaît un appareil utilisant une impulsion laser d'une grande intensité, telle que décrit, par exemple dans le brevet japonais publié sous le N O 1632/1971 La figure 3 montre le schéma de principe de cet appareil de mesure de distance déjà connu En se référant à cette figure, un compteur 9 commence à compter des impulsions d'horloge produites par un générateur d'impulsion d'horloge 2 en même temps que l'émission d'une impulsion lumineuse d'un laser pulsé 1 Un circuit photodétecteur 3 reçoit une impulsion lumineuse d'écho, réfléchie par l'objet concerné, ou cible, 10 éclairé par l'impulsion lumineuse émise et émet un signal d'impulsion électriques, après amplification Un sélecteur d'impulsion 8 compare le signal d'impulsion électriques émis par le circuit photodétecteur 3 avec un niveau de seuil prédéterminé pour sélectionner par ce moyen, parmi les composantes parasites du signal la composante d'impulsion électriques qui correspond à l'impulsion lumineuse d'écho En réponse à l'impulsion émise par le sélecteur d'impulsion 8, la valeur du compteur 9 est lue et traitée par l'unité de traitement 7 A afin de déterminer la distance entre l'appareil de télémétrie et l'objet, selon l'équation suivante ( 1): Distance = (valeur du compteur x période de l'impulsion d'horloge x vitesse de la lumière)/2 ( 1) Autrement dit, la distance est déterminée en divisant par deux le produit de la multiplication du temps qui s'est écoulé entre l'émission de l'impulsion lumineuse et la réception d'un signal d'impulsion d'écho, par la vitesse de la lumière, le temps mentionné ci- dessus étant déterminé sur la base de la valeur du

compteur 9.

Comme le fait comprendre l'équation ( 1), le résultat de la mesure de distance effectuée par l'appareil de mesure de distance du type décrit ci-dessus, dépend de la période ou de la fréquence du signal d'impulsion d'horloge A titre d'exemple, si la fréquence sélectionnée du signal d'impulsion d'horloge produit par le générateur d'impulsion d'horloge 2 est de 30 M Hz, ce qui correspond à peu près à la limite supérieure de la fréquence à laquelle un circuit intégré numérique classique de type classique peut répondre, la précision de la mesure de distance est de 5 m environ Afin d'améliorer la précision de la mesure de distance, il faut augmenter la fréquence du signal d'impulsion d'horloge Par exemple, si une précision de l'ordre de 50 cm doit être obtenu, la fréquence du signal d'impulsion d'horloge produit par le générateur d'impulsion d'horloge 2, doit être de 300 M Hz Dans ce cas, les composants de l'appareil de mesure de distance telles que le compteurs 9, le générateur d'impulsion d'horloge 2 et autres, doivent être réalisées en utilisant des éléments pouvant répondre à très grande vitesse, ou ultra-haute fréquence de répétition d'impulsion Autrement dit, le circuit intégré numérique classique ne peut plus servir à cette fin, il faut donc recourir à des composants spécifiques très coûteux, ce qui signifie que l'appareil de mesure de distance devient très cher Pour essayer d'améliorer encore le résultat, il faut commencer par la conception de ces éléments ou constituants eux-mêmes, capable de

fonctionner à ultra-haute fréquence.

Par rapport à l'appareil de mesure de distance connu, tel que décrit cidessus, il est à noter par ailleurs, que l'impulsion lumineuse d'écho réfléchie par l'objet 10 peut être détectée en produisant, par ce moyen, une impulsion pour arrêter sans faute le compteur d'impulsion 9 en utilisant un niveau de seuil élevé dans le sélecteur d'impulsion 8 à la condition que l'objet cible 10 se trouve à proximité relative de l'appareil de mesure de distance, que l'intensité de l'impulsion lumineuse d'écho soit suffisamment grande et que le taux S/N (signal sur bruit) soit satisfaisant pour assurer le fonctionnement du circuit photodétecteur 3 Cependant, quand l'objet concerné se trouve à une distance relativement grande, ou si le coefficient de réflection de l'objet est si bas que l'intensité de l'impulsion lumineuse d'écho est également faible, le niveau de seuil du sélecteur d'impulsion 8 ne peut pas être fixé très haut Dans ce cas, il peut y avoir des erreurs dans la détermination de la distance dues à des composantes de bruit dans le signal de sortie du circuit 3 avant l'arrivée de l'impulsion lumineuse d'écho dans l'appareil de mesure de distance Donc afin d'empêcher qu'il y ait des erreurs dues au bruit, il faut que le niveau de seuil du sélecteur d'impulsion 8 soit haut Dans ce cas, il est cependant possible que l'impulsion lumineuse d'écho intrinsèque ne puisse pas être détectée pour des raisons indiquées ci-dessus Dans ces conditions, on impose une limitation indésirable au domaine de distances pouvant être mesurées à l'aide de l'appareil de mesure de

distance connu, ce qui est un problème sérieux.

En ce qui concerne l'appareil de mesure de distance connu, il est également à noter que la comparaison du signal de sortie du circuit photodétecteur 3 avec le niveau de seuil entraîne inévitablement le problème que l'instant, o l'impulsion arrêtant le compteur est produite, varie en fonction du niveau de seuil, ce qui implique en fin de compte des erreurs dans la mesure de

la distance.

Le problème ci-dessus sera expliqué d'une façon plus concrète en faisant référence à la figure 4 En général, l'impulsion lumineuse émise par le laser impulsionnel 1 ne peut pas prendre une forme d'onde rectangulaire mais a plutôt une forme d'onde arrondie pouvant s'approcher de la courbe de Gauss ou d'une sinusoïde de raccordement sous l'influence des caractéristiques d'un circuit de commande de laser, de la durée de relaxation et autres facteurs Voir figure 4 (a) Par conséquent, le signal émis par le circuit photodétecteur 3 en réponse à l'impulsion lumineuse d'écho réfléchie par l'objet prend une forme d'onde qui s'élargit, dans le temps, en fonction de la forme d'onde de l'impulsion laser à cause de l'inévitable limitation de bande que l'on rencontre dans le circuit photodétecteur 3, comme on le voit sur la figure 4 (b) Une telle forme d'onde élargie dans le temps est comparée à un niveau de seuil préétabli par le sélecteur d'impulsion 8 Dans ce cas, l'instant o l'impulsion de sortie est produite par le sélecteur d'impulsion 8 change en fonction de l'amplitude du signal transmis par le circuit photodétecteur 3 A titre d'exemple, en faisant référence à la figure 4, en (c), on voit la forme d'onde d'une impulsion d'une grande amplitude en trait continu ainsi que la forme d'onde d'une impulsion de faible amplitude en pointillé La comparaison de ces formes d'ondes fait comprendre qu'en cas de faible amplitude l'instant o l'impulsion de sortie est produite par le sélecteur d'impulsion 8 est accompagné d'un retard ou délai par rapport à l'onde de grande amplitude, ce qui signifie que la distance mesurée sera plus longue que la distance réelle Par conséquent, il apparaît qu'il y a également une erreur dans la distance mesurée qui dépend de coefficients de réflection

différents des objets.

On constate par ailleurs, que l'intensité de la lumière est soumise à une atténuation qui est une fonction du second degré de la distance Par conséquent, la valeur de l'erreur dans la mesure de distance diffère en fonction des différences dans la distance des objets devant être détectés, ce qui fait que la linéarité des mesures de distance est diminuée ce qui n'est pas

souhaitable.

La présente invention a donc pour but de créer un appareil de mesure de distance (également connu comme appareil de télémétrie qui est en grande partie insensible aux problèmes et insuffisances de l'appareil

connu décrit ci-dessus.

Un autre but de la présente invention est de proposer un appareil de mesure de distance permettant d'obtenir une précision bien meilleure en matière de détection de distance même dans une gamme de fréquence d'horloge à laquelle un circuit intégré numérique classique peut répondre sans avoir recours à

l'utilisation de composants spécifiques et couteux.

Un autre but de la présente invention est de proposer un appareil de mesure de distance permettant de détecter d'une façon sélective les impulsions lumineuses d'écho intrinsèques réfléchies par l'objet concerné même dans le cas o le rapport signal sur bruit d'un signal de

détection de l'impulsion lumineuse écho est faible.

Un autre but de la présente invention est de proposer un appareil de mesure de distance permettant d'éviter l'erreur due aux variations du coefficient de réflection et de la distance et qui peut ainsi bénéficier

d'une linéarité améliorée des mesures de distance.

Au vu des buts énumérés ci-dessus et d'autres buts qui deviendront apparents au fur et à mesure que la

description avancera, il est proposé conformément à un

premier aspect de l'invention un appareil de mesure de distance pour mesurer la distance à laquelle se trouve un objet donné, lequel appareil comprend un générateur d'impulsion d'horloge pour produire un signal d'impulsion d'horloge à une fréquence prédéterminée, un circuit de retardement d'impulsion d'horloge pour retarder le signal d'impulsion d'horloge d'une valeur correspondant au multiple entier d'une durée résultant de la division de la période d'impulsion d'horloge par un nombre entier supérieur à 2 (deux), produisant ainsi un signal d'impulsion d'horloge retardé, un générateur d'impulsion lumineuse pour produire une impulsion lumineuse à un instant synchronisé avec l'une donnée des impulsions du signal d'impulsion d'horloge retardé, un circuit photodétecteur pour recevoir une impulsion lumineuse d'écho résultant de la réflection de l'impulsion lumineuse sur l'objet et convertissant l'impulsion lumineuse d'écho en un signal électrique, un convertisseur analogique-numérique pour convertir le signal électrique émis par le circuit photodétecteur en un signal numérique synchrone du signal d'impulsion d'horloge, une mémoire pour mémoriser séquentiellement les données numériques obtenues par la conversion analogique-numérique, et une unité de traitement pour imposer selon le cas, des retards différents au signal d'impulsion d'horloge pour chacune des N émissions d'impulsion lumineuse, et pour synthétiser N données d'échantillonnage d'impulsion lumineuse d'écho mémorisées dans la mémoire en réarrangeant séquentiellement dans le temps les données d'échantillonnage d'impulsion lumineuse d'écho, pour calculer par ce moyen arithmétiquement la m de l'objet sur la base de la forme d'onde

d'impulsion obtenue par la synthétisation.

Grâce à l'agencement de l'appareil de mesure de distance ou télémètre décrit ci-dessus, un signal d'impulsion d'horloge ayant une fréquence prédéterminée et produit par le générateur d'impulsion d'horloge est retardé par le circuit de retardement d'impulsion d'horloge d'une valeur fixée par l'unité de traitement, ce par quoi un signal d'impulsion d'horloge retardé est produit En outre, l'unité de traitement fixe des zones de mémoire pour mémoriser les données de signal d'impulsion d'écho et commande l'émission d'impulsions lumineuses du générateur d'impulsion lumineuse En réponse à cette commande, le générateur d'impulsion lumineuse émet une impulsion lumineuse synchrone de la

première apparition d'une impulsion d'horloge retardée.

L'impulsion lumineuse d'écho réfléchie par l'objet en question est reçue par le circuit photodétecteur et subit une conversion photo-électrique Un signal électrique émis par le circuit photodétecteur est amplifié et entré dans le convertisseur analogique-numérique, ce qui fait que le signal électrique entré est échantillonné à une cadence synchronisée avec le signal d'impulsion d'.horloge La donnée numérique ainsi obtenue est mémorisée dans la zone de la mémoire désignée par l'unité de traitement en concordance avec le signal d'impulsion d'horloge Pendant une durée correspondant à une série de mesure de distance, la conversion analogique-numérique et la mémorisation de la donnée numérique dans une zone de mémoire sont effectuées d'une manière répétitive La conversion analogique-numérique s'arrête après l'écoulement de la durée mentionnée ci-dessus Ensuite, l'unité de traitement désigne une nouvelle zone de mémorisation de la mémoire qui est différente de la zone précédente, et, en même temps, elle change la valeur de retard devant être appliquée au signal d'impulsion d'horloge Ensuite, le programme allant de l'émission d'impulsion lumineuse à la mémorisation d'une donnée numérique dans la mémoire décrit ci-dessus est répété Ce processus est répété un certain nombre de fois Dans ce contexte, le coefficient par lequel un signal d'impulsion d'horloge est retardé est fixé en tant que quotient résultant de la division de la période du signal d'impulsion d'horloge par le nombre de fois par lequel le procédé mentionné ci-dessus est répété Finalement, l'unité de traitement extrait des zones de mémoire les données résultant respectivement des conversions analogiques-numériques, et réarrange régulièrement les données sur une base séquentielle dans le temps en commençant par les données obtenues en premier, sur ce, l'unité de traitement calcule arithmétiquement la

distance à l'objet sur la base de la forme d'onde reconstituée à partir des données réarrangées.

Conformément à un deuxième aspect de la présente invention, il est proposé un appareil de mesure de distance ou télémètre pour mesurer la distance d'un objet donné, lequel appareil comprenant un générateur d'impulsion d'horloge, peut produire un signal d'impulsion d'horloge à une fréquence prédéterminée, un circuit de retardement d'impulsion d'horloge pour retarder le signal d'impulsion d'horloge d'une valeur correspondant au multiple entier d'une durée résultant de la division de la période d'impulsion d'horloge par un nombre entier supérieur à 2 (deux), produisant ainsi un signal d'impulsion d'horloge retardé, un générateur d'impulsion lumineuse pour produire une impulsion lumineuse à un instant synchronisé avec l'une donnée des impulsions du signal d'impulsion d'horloge retardé, un circuit photodétecteur pour recevoir une impulsion lumineuse d'écho résultant de la réflection de l'impulsion lumineuse sur l'objet et convertissant l'impulsion lumineuse d'écho en un signal électrique, un convertisseur analogique-numérique pour convertir le signal électrique émis par le circuit photodétecteur en un signal numérique synchrone du signal d'impulsion d'horloge, une mémoire pour mémoriser séquentiellement les données numériques obtenues par la conversion analogique-numérique, et une unité de traitement pour imposer selon le cas, des retards différents au signal d'impulsion d'horloge pour chacune des N émissions d'impulsion lumineuse, et pour synthétiser N données d'échantillonnage d'impulsion lumineuse d'écho mémorisées dans la mémoire en réarrangeant séquentiellement dans le temps les données d'échantillonnage d'impulsion lumineuse d'écho, pour calculer par ce moyen arithmétiquement la distance de l'objet sur la base de la forme d'onde

d'impulsion obtenue par la synthétisation.

première apparition d'une impulsion d'horloge retardée.

L'impulsion lumineuse d'écho réfléchie par l'objet en question est reçue par le circuit photodétecteur et subit une conversion photo- électrique Un signal électrique émis par le circuit photodétecteur est amplifié et entré dans le convertisseur analogique-numérique, ce qui fait que le signal électrique entré est échantillonné à une cadence synchronisée avec le signal d'impulsion d'horloge La donnée numérique ainsi obtenue est mémorisée dans la zone de la mémoire désignée par l'unité de traitement en concordance avec le signal d'impulsion d'horloge Pendant une durée correspondant à une série de mesure de distance, la conversion analogique-numérique et la mémorisation de la donnée numérique dans une zone de mémoire sont effectuées d'une manière répétitive La conversion analogique- numérique s'arrête après l'écoulement de la durée mentionnée ci- dessus Ensuite, l'unité de traitement désigne une nouvelle zone de mémorisation de la mémoire qui est différente de la zone précédente, et, en même temps, elle change la valeur de retard devant être appliquée au signal d'impulsion d'horloge Ensuite, le programme allant de l'émission d'impulsion lumineuse à la mémorisation d'une donnée numérique dans la mémoire décrit ci-dessus est répété Ce processus est répété un certain nombre de fois Dans ce contexte, le coefficient par lequel un signal d'impulsion d'horloge est retardé est fixé en tant que quotient résultant de la division de la période du signal d'impulsion d'horloge par le nombre de fois par lequel le procédé mentionné ci- dessus est répété Finalement, l'unité de traitement extrait des zones de mémoire les données résultant respectivement des conversions analogiques-numériques, et réarrange régulièrement les données sur une base séquentielle dans le temps en commençant par les données obtenues en premier, sur ce, l'unité de traitement calcule arithmétiquement la distance à l'objet sur la base de la forme d'onde

reconstituée à partir des données réarrangées.

Conformément à un troisième aspect de la présente invention, il est proposé un appareil de mesure de distance ou télémètre pour mesurer la distance d'un objet donné, lequel appareil comprenant un générateur d'impulsion d'horloge, peut produire un signal d'impulsion d'horloge à une fréquence prédéterminée, un générateur d'impulsion pour produire une impulsion lumineuse ou une impulsion d'onde électromagnétique, un circuit de détection pour détecter une impulsion d'écho résultant de la réflection d'une impulsion lumineuse ou d'une onde électromagnétique sur l'objet, un convertisseur analogique-numérique pour convertir le signal d'écho émis par le circuit de détection en un signal numérique en synchronisme avec le signal d'impulsion d'horloge, une mémoire pour mémoriser séquentiellement les données numériques sorties par le convertisseur analogique-numérique et une unité de traitement pour traiter les données mémorisées dans la mémoire pour calculer ainsi arithmétiquement la distance

à l'objet.

Grâce à la structure de l'appareil de mesure de distance, l'impulsion émise par le générateur d'impulsion est réfléchie par l'objet en question et détectée en tant qu'impulsion d'écho, qui ensuite est soumise à la conversion photo-électrique et à la conversion analogique-numérique en synchronisme avec le signal d'impulsion d'horloge Pendant un laps de temps, correspondant à une gamme de distances à mesurer, la conversion analogique-numérique et la mémorisation du résultat de celle-ci dans la mémoire sont effectuées de manière répétitive Après l'écoulement de la période de il

temps ci-dessus mentionnée, la conversion analogique-

numérique est arrêtée, sur quoi les résultats de la conversion analogique-numérique mémorisés dans la mémoire sont lus par l'unité de traitement qui ensuite détermine arithmétiquement la distance de l'objet sur la base des résultats de la conversion analogique-numérique lus dans

la mémoire.

En outre, conformément à un quatrième aspect de la présente invention, il est proposé un appareil de mesure de distance pour mesurer la distance d'un objet donné, à l'aide d'un appareil comprenant un générateur d'impulsion d'horloge pour produire un signal d'impulsion d'horloge à une fréquence prédéterminée, un générateur d'impulsion pour produire une impulsion lumineuse ou une impulsion d'onde électromagnétique, un circuit de détection pour détecter une impulsion d'écho résultant de la réflection d'une impulsion lumineuse ou d'une onde électromagnétique sur l'objet, un convertisseur analogique- numérique pour convertir le signal d'écho émis par le circuit de détection en un signal numérique en synchronisme avec le signal d'impulsion d'horloge, une mémoire pour mémoriser séquentiellement les données numériques sorties par le convertisseur analogique-numérique et une unité de traitement pour faire la moyenne des données obtenues à partir de la conversion analogique-numérique et mémorisées dans la mémoire pendant un nombre prédéterminé de productions d'impulsion et calculer la distance de l'objet sur la base des données obtenue en établissant la moyenne. Grâce à la structure de l'appareil de mesure de distance, l'impulsion émise par le générateur d'impulsion est réfléchie par l'objet en question et détectée en tant qu'impulsion d'écho, qui ensuite est soumise à la conversion photo- électrique et à la conversion analogique-numérique en synchronisme avec le signal d'impulsion d'horloge Pendant un laps de temps, correspondant à une gamme de distances à mesurer, la conversion analogique-numérique et la mémorisation du résultat de celle- ci dans la mémoire sont effectuées de manière répétitive Après l'écoulement de la période de

temps ci-dessus mentionnée, la conversion analogique-

numérique est arrêtée L'unité de traitement lit ensuite, dans la mémoire, les résultats des conversions analogique-numérique effectuées pour une pluralité de productions d'impulsion, et elle calcule la moyenne des résultats Sur la base des données obtenues par l'opération de calcul de moyenne, l'unité de traitement

détermine arithmétiquement la distance de l'objet.

Les caractéristiques et avantages de l'invention

ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à

titre d'exemple en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 montre un schéma de principe de l'agencement général d'un appareil de mesure de distance conformément au premier mode de réalisation de la présente invention; la figure 2 montre le schéma d'une forme d'onde pour illustrer le fonctionnement de l'appareil représenté sur la figure 1; la figure 3 montre un schéma de principe de l'agencement général d'un appareil de mesure de distance conformément au second mode de réalisation de la présente invention; la figure 4 montre le schéma d'une forme d'onde illustrant le fonctionnement de l'appareil représenté à la figure 3; la figure 5 montre un schéma de principe de l'agencement général de l'appareil de mesure de distance conformément au troisième mode de réalisation de la présente invention; la figure 6 montre un schéma de forme d'onde illustrant le fonctionnement de l'appareil représenté à la figure 5; la figure 7 est un schéma de principe montrant l'agencement général d'un appareil de mesure de distance conformément au quatrième mode de réalisation de la présente invention; la figure 8 est un schéma de forme d'onde illustrant le fonctionnement de l'appareil représenté à la figure 7 ; la figure 9 est un schéma de principe montrant l'agencement d'un appareil de mesure connu; et la figure 10 est le schéma d'une forme d'onde illustrant le fonctionnement de l'appareil représenté à

la figure 9.

A présent, la présente invention va être décrite en détail en même temps que des modes de réalisation

exemplaires ou préférés en faisant référence aux dessins.

La figure 1 est un schéma de principe montrant l'agencement général d'un appareil de mesure (télémètre) conformément au premier mode de réalisation de l'invention Sur la figure, le repère 1 désigne un laser impulsionnel pour émettre une impulsion lumineuse à une cadence synchronisée avec l'une donnée ou prédéterminée des impulsions d'horloge retardées décrites ci-dessous, le repère 2 désigne un générateur d'impulsion d'horloge pour produire un signal d'impulsion d'horloge comprenant une suite d'impulsions individuelles et ayant une fréquence de répétition d'impulsion de 30 M Hz, par exemple, le repère 11 désigne un circuit de retardement d'impulsion d'horloge pouvant être constitué par un générateur de retard programmable (tel que commercialisé par Analogue Devices Incorporation sous la référence "IC AD 9501 ") et qui sert à retarder les impulsions d'horloge ci-dessus mentionnées produites par le générateur d'impulsion d'horloge 2 pendant un temps de retard prédéterminé (par exemple, une valeur donnée par (N-1) x , 8 ns o N est un nombre entier représentant le nombre de fois qu'une impulsion lumineuse doit être émise pour une seule mesure de distance, et qui peut avoir une valeur numérique de 2 à 16), dans lequel l'impulsion d'horloge retardée donnée est alors délivrée au laser impulsionnel 1, comme décrit ci-dessus Par ailleurs, le repère 3 désigne une circuit photodétecteur ayant une fonction de conversion photo-électrique et une fonction d'amplification, le repère 4 désigne un convertisseur analogique-numérique du type flash pouvant fonctionner à grande vitesse pour convertir le signal d'entrée du circuit photodétecteur 3 en un signal numérique correspondant ou une donnée synçhrone du signal d'impulsion d'horloge mentionné ci- dessus, le repère 5 désigne une mémoire pour mémoriser les données numériques résultant de la conversion analogique-numérique, le repère 6 désigne un générateur d'adresse pour délivrer un

signal de synchronisation de conversion analogique-

numérique au convertisseur analogique-numérique 4

synchrone du signal d'impulsion d'horloge mentionné ci-

dessus, en déterminant une adresse la moins significative d'une zone de mémoire dans la mémoire 5 pour mémoriser le résultat de la conversion analogique-numérique effectuée par le convertisseur analogique-numérique 4 en comptant les impulsions d'horloge mentionnées ci-dessus et en fixant le nombre d'échantillonnage pour la conversion analogique- numérique devant être effectués pour une seule émission laser (c'est- à-dire émission de lumière) du laser impulsionnel 1 Le repère 7 désigne une unité de traitement conçue pour déclencher l'émission d'impulsion lumineuse du laser impulsionnel 1, pour désigner l'adresse la plus significative de la zone de mémoire mentionnée ci-dessus dans la mémoire 5, pour déterminer la valeur du retard à établir par le circuit de retardement d'impulsion d'horloge 11, et pour déterminer arithmétiquement la distance sur la base d'une forme d'onde du signal d'impulsion d'écho qui est obtenue à partirde la synthèse des données mémorisées dans la mémoire 5, comme cela sera décrit ci-après Enfin, le repère 10 désigne un objet se trouvant à une distance qui doit être mesurée Dans le cas du mode de réalisation illustré, la valeur du retard fixée dans le circuit de retardement d'impulsion d'horloge 11 par l'unité de traitement 7 est sélectionnée comme étant le seizième d'une période du signal d'impulsion d'horloge ayant une fréquence de 30 M Hz, c'est-à-dire un retard d'environ

,8 ns.

La figure 2 est un chronogramme pour illustrer le fonctionnement de l'appareil de mesure de distance selon

le mode de réalisation décrit ci-dessus.

La description suivante côncernera le fonctionnement

de l'appareil de mesure de distance conformément au premier mode de réalisation de l'invention en se référant

à la figure 2 en combinaison avec la figure 1.

D'abord, l'unité de traitement 7 met " O " (zéro) à l'adresse la plus significative de la mémoire 5 pour mettre à " O " (zéro) le circuit de retardement d'impulsion d'horloge 11 de sorte que ce dernier produit un retard de O ns De cette façon, le circuit de retardement d'impulsion d'horloge 11 retarde l'impulsion d'horloge (figure 2, (d)) sortie par le générateur d'impulsion d'horloge 2 de la valeur fixée Les impulsions d'horloge retardées (figure 2, (e)) sont alors sorties vers le laser impulsionnel 1 En même temps, l'unité de traitement 7 déclenche l'émission de laser du laser impulsionnel 1, comme le montre la figure 2 en (a) En réponse au signal de déclenchement le laser impulsionnel 1 émet une impulsion lumineuse synchrone du premier train d'impulsions d'horloge retardées (figure 2, (e)), comme

le montre la figure 2 en (b).

Le générateur d'adresse 6 répond également au signal de déclenchement entré par l'unité de traitement 7 pour commencer à compter les impulsions d'horloge fournies par le générateur d'impulsion d'horloge 2 en commençant le compte à zéro Le compteur du générateur d'adresse 6 s'arrête au moment o la valeur du compte représentant un laps de temps correspondant à une gamme de mesure de distance prédéterminée a été atteint Voir figure 2 à (f) L'impulsion lumineuse (b) émanant du laser

impulsionnel 1 est réfléchie par l'objet concerné 10.

L'impulsion lumineuse d'écho résultant de la réflection est ensuite reçue par le circuit photodétecteur 3 qui émet alors le signal électrique correspondant après amplification (figure 2 (c)) Le signal de sortie (c) du circuit photodétecteur 3 subit lors une conversion

analogique-numérique par le convertisseur analogique-

numérique 4 en synchronisme avec le front montant des impulsions produites par le générateur d'impulsion d'horloge 2 à la cadence du signal d'échantillonnage de conversion analogique-numérique émis par le générateur d'adresse 6 comme le montre la figure 2 en (g), dans laquelle les repères 1 à 16 désignent dans l'ordre le nombre de fois qu'une impulsion lumineuse est produite, tandis que les cercles représentent des valeurs résultant

de l'échantillonnage dans la conversion analogique-

numérique Le résultat de la conversion analogique-

numérique est mémorisé en synchronisme avec le front descendant de l'impulsion d'horloge dans la mémoire 5 dans une zone dont l'adresse la plus significative a été auparavant déterminée par l'unité de traitement 7 et dont l'adresse la moins significative a été déterminée par la valeur de comptage du générateur d'adresse 6 La conversion analogique-numérique est répétée jusqu'à ce que l'opération de comptage du générateur d'adresse 6

soit arrêtée.

Après mémorisation des résultats de la conversion analogique-numérique mentionnée ci-dessus pour la première émission d'impulsion lumineuse, l'unité de traitement 7 incrémente l'adresse la plus significative de la zone de mémoire mentionnée ci-dessus en déterminant ainsi une adresse la plus significative mise à jour d'une zone de mémoire pour mémoriser des données qui seront obtenues par une émission laser et une conversion analogique-numérique suivantes Par ailleurs, l'unité de traitement 7 incrémente de 20,8 ns la valeur de retard devant être établie dans le circuit de retardement d'impulsion d'horloge 11 et déclenche à nouveau l'émission laser du laser impulsionnel 1, sur ce un processus similaire à celui décrit ci-dessus pour la

première émission de laser se déroule.

Lorsque le nombre des impulsions lumineuses émises (c'est-à-dire le nombre des émissions de lumière) a atteint une valeur prédéterminée par exemple 16 (seize)

et que les données résultant des conversions analogique-

numérique effectuées pour les seize impulsions lumineuses d'écho ont été mémorisées dans les zones respectives de la mémoire, l'unité de traitement 7 extrait séquentiellement ces données des zones correspondantes de la mémoire 5 pour les réarranger dans l'ordre séquentiel dans le temps des émissions d'impulsion lumineuse, ou émission laser, et, sur ce, 16 données de forme d'onde d'impulsion lumineuse d'écho obtenues par conversion analogique-numérique pour les seize signaux d'impulsion lumineuse d'écho sont synthétisées en une seule forme d'onde A cette fin, les données numériques résultant de la conversion analogique-numérique effectuée pour la première émission d'impulsion lumineuse peuvent être interpolées avec les données obtenues à des moments correspondants respectivement dans les second à seizième cycles d'émission d'impulsion lumineuse Ainsi, il est possible d'obtenir une forme d'onde synthétisée équivalente à une forme d'onde pouvant être obtenue à partir de la conversion analogiquenumérique effectuée à une fréquence d'impulsion d'horloge ou d'échantillonnage seize fois plus élevée (c'est-à-dire une fréquence équivalente à 480 M Hz dans le cas du mode de réalisation illustré), comme cela peut être compris à partir de la

forme d'onde montrée à la figure 2 en (h).

Une valeur maximale de la forme d'onde (H) d'impulsion lumineuse d'écho synthétisée est alors déterminée comme étant le pic de l'impulsion lumineuse des courbes Subséquemment, sur la base du nombre des impulsions d'horloge qui ont été produites avant l'apparition du pic dans la forme d'onde synthétisée (et qui peut être déterminée à partir de la valeur de l'adresse la moins significative au moment o le pic se produit), le temps (correspondant au T de la figure 2) s'écoulant entre l'émission d'impulsion lumineuse du laser impulsionnel 1 et la réception du signal d'impulsion d'écho est déterminé pour être traduit en distance S de l'objet selon l'équation ( 2): S = {(n x C) I (f x N)} /2 ( 2) o N représente le nombre des impulsions d'horloge produit avant l'apparition du pic de la forme d'onde synthétisée, telle que comptée à partir du moment o la première impulsion lumineuse a été émise;10 C représente la vitesse de lumière; f représente la fréquence du signal d'impulsion d'horloge produit par le générateur d'horloge 2; et N représente le nombre de fois que l'impulsion lumineuse a été émise pour une mesure de distance

individuelle.

En supposant, par exemple, selon le mode de réalisation illustré que le pic apparait à la 200 ème impulsions d'horloge, telle que comptée à partir de l'émission de la première impulsion lumineuse, la distance S de l'objet 10 peut être déterminée comme suit 62,5 m = { ( 200 x 3 x 108) / ( 30 x 16 x 106)} /2 Ensuite, un second mode de réalisation de l'appareil de mesure de distance selon la présente invention sera

décrit en faisant référence aux figures 3 et 4.

Comme le fait comprendre la comparaison des figures 1 et 3, la structure ainsi que les composants de l'appareil de mesure de distance selon le second mode de réalisation sont en grande partie les mêmes que dans le premier mode de réalisation décrit ci-dessus, sauf que le circuit de retardement d'impulsion d'horloge 11 est connecté de sorte qu'il retarde le temps pour l'échantillonnage des données de sortie du circuit photodétecteur au lieu de retarder l'émission d'impulsion lumineuse du laser impulsionnel 1 Par conséquent, dans la figure 3, les mêmes références ont été utilisées pour désigner des éléments semblables à ceux de la figure 1 et

la description concernant la structure de l'appareil de

mesure de distance selon le deuxième mode de réalisation

sera omise.

Ensuite, le fonctionnement selon le deuxième mode de réalisation va être décrit en faisant référence à la figure 4 qui est un chronogramme pour illustrer le fonctionnement de l'appareil de mesure de distance selon

le deuxième mode de réalisation.

L'unité de traitement 7 met " O " (zéro) à l'adresse la plus significative de la mémoire 5 pour mettre le circuit de retardement d'impulsion d'horloge à " O " (zéro)

de sorte que ce dernier ait un temps de retard de O ns.

Ainsi, le circuit de retardement d'impulsion d'horloge 11 retarde l'impulsion d'horloge (figure 4, (d)) sortie par

le générateur d'impulsion d'horloge 2 de la valeur fixée.

D'un autre côté, l'unité de traitement 7 déclenche l'émission lumineuse du laser impulsionnel 1, comme le montre la figure 4 en (a) En réponse au signal de déclenchement, le laser impulsionnel 1 émet une pulsion lumineuse en synchronisme avec la première, ou menante, des impulsions du train d'impulsions d'horloge (figure 4, (d) produit par le générateur d'impulsion d'horloge 2,

comme le montre la figure 4 en (b).

Le générateur d'adresse 6 répond également au signal de déclenchement entré par l'unité de traitement 7 pour commencer à compter les impulsions d'horloge retardées (figure 4, (e)) délivrées par le circuit de retardement d'impulsion d'horloge 11, en commençant le comptage à zéro Le comptage du générateur d'adresse 6 est arrêté au moment o la valeur du comptage représente un laps de temps correspondant à une gamme pré-établie de mesure de

distance, a été atteint Voir la figure 4 en (f).

L'impulsion lumineuse (b) émanant du laser impulsionnel 1 et réfléchie par l'objet 10 L'impulsion lumineuse d'écho résultant de la réflexion est alors reçue par le circuit photodétecteur 3 qui délivre ensuite un signal électrique correspondant (figure 4, (c)) après amplification Le signal de sortie (c) du circuit photodétecteur 3 subit ensuite une conversion analogique-numérique par le convertisseur analogique- numérique 4 en synchronisme avec chaque front ascendant de l'impulsion d'horloge retardée produite par le circuit de retardement d'impulsion d'horloge 11 à la cadence du signal d'échantillonnage de conversion analogique-numérique fourni par le générateur d'adresse 6, comme le montre la figure 4 en (g) Le résultat de la conversion analogique- numérique est mémorisé en synchronisme avec le front descendant de l'impulsion d'horloge dans la mémoire 5 dans une zone dont l'adresse la plus significative a été déterminée auparavant par l'unité de traitement 7 et l'adresse la moins significative a été déterminée par la valeur de comptage du générateur d'adresse 6 La conversion analogique- numérique est répétée jusqu'à ce que l'opération de comptage du générateur d'adresse 6 soit arrêtée. Après mémorisation du résultat de la conversion analogique-numérique mentionnée ci-dessus pour la première émission d'impulsion lumineuse, l'unité de traitement 7 incrémente l'adresse la plus significative de la zone de mémoire ci-dessus mentionnée en déterminant ainsi une adresse la plus significative mise à jour d'une zone de mémoire pour mémoriser les données obtenues par

les émissions lumineuses et conversions analogique-

numériques suivantes Par ailleurs, l'unité de traitement 7 incrémente de 20,8 ns la valeur de retard devant être imposée au circuit de retardement d'impulsion d'horloge 11, et déclenche à nouveau l'émission de lumière du laser impulsionnel 1, sur quoi un traitement similaire à celui qui a été décrit ci-dessus pour la première émission

lumineuse est répété.

Lorsque le nombre de fois que l'impulsion lumineuse a été émise a atteint 16 (seize) les données résultant des conversions analogique- numériques pour les seize impulsions lumineuses d'écho ayant été mémorisées, l'unité de traitement 7 extrait séquentiellement ces données des zones correspondantes de la mémoire 5 pour les réarranger dans l'ordre séquentiel dans le temps des émissions d'impulsion lumineuse, sur quoi 16 ondes d'échantillonnage d'impulsion lumineuse d'écho représentées par les résultats des conversions analogique-numériques pour les seize impulsions lumineuses d'écho sont synthétisées en une forme d'onde. A cette fin, les données résultant des conversions analogique-numériques effectuées pour la première émission d'impulsion lumineuse peuvent être interpolées avec les données obtenues aux instants correspondant respectivement dans les 2 ème à 16 ème émissions d'impulsion lumineuse Donc, il est possible d'obtenir une forme d'onde synthétisée équivalente à la forme d'onde pouvant être obtenue à partir de la conversion analogique-numérique effectuée à une fréquence seize fois plus élevée ( 480 M Hz), que la fréquence d'échantillonnage ou d'impulsion d'horloge, comme cela peut être compris à partir de la forme d'onde synthétisée de la figure 4 en (h). Une valeur maximale de la forme d'onde synthétisée de l'impulsion lumineuse d'écho est alors déterminée en

tant que -pic de l'impulsion lumineuse d'écho.

Subséquemment, sur la base de l'emplacement du pic de la forme d'onde synthétisée, c'est-à-dire du nombre des impulsions d'horloge produites avant que le pic apparaisse (pouvant être déterminé directement à partir de la valeur de l'adresse la moins significative de la mémoire 5 au moment o le pic se produit), le temps (correspondant à T de la figure 4) s'écoulant entre l'émission de l'impulsion lumineuse du laser impulsionnel 1 et la réception de l'impulsion lumineuse d'écho, est déterminé pour être traduit en une distance de l'objet conformément à l'équation ( 2) décrite ci-dessus dans en

relation avec le premier mode de réalisation.

Comme on peut le comprendre maintenant à partir de

la description précédente, il est possible, suivant les

enseignements tirés de l'invention réalisée suivant le mode illustré ci-dessus, d'échantillonner le signal d'impulsion lumineuse d'écho à une fréquence d'échantillonnage qui équivaut à une fréquence 16 fois plus élevée que la fréquence limite de 30 M Hz, à laquelle un circuit intégré numérique classique peut répondre Par conséquent, la précision de la mesure de distance peut être rendue 16 fois plus grande que la précision obtenue

avec la fréquence d'échantillonnage de 30 M Hz (c'est-à-

dire la précision de 5 m peut être portée à 0,3125 m, un sixième de 5 m) Il va sans dire que la précision peut être améliorée davantage en augmentant la fréquence d'échantillonnage équivalente, ce qui peut être réalisé

en raccourcissant le temps de retard unitaire.

Par ailleurs, suivant les enseignements tirés de l'invention, faisant comprendre que la position de pic dans la forme d'onde synthétisée à partir des données obtenues par les conversions analogique-numériques, pour un nombre donné de signaux d'impulsion d'écho, est identifiée comme représentant la position de l'objet 10, le problème de l'appareil de télémétrie connu résidant dans l'erreur, qui est due au traitement faisant appel au niveau de seuil, comme mentionné ci-dessus, peut être résolu d'une façon satisfaisante de sorte que la mesure des distances peut être effectuée avec une grande précision Par ailleurs, la linéarité de la mesure de distance peut être également améliorée d'une façon

significative.

A présent, la description portera sur un troisième

mode de réalisation de l'appareil de mesure de distance, suivant l'invention, en faisant référence aux figures 5 et 6 Le modèle présent vise à réaliser un appareil de mesure de distance en laissant de côté le circuit de retardement d'impulsion d'horloge utilisé dans les premier et deuxième modes de réalisation, tout en

conservant l'effet positif de ce dernier.

La figure 5 est un schéma de principe montrant l'agencement général de l'appareil de mesure de distance,

suivant le troisième mode de réalisation de l'invention.

Sur la figure 5, la référence numérique 1 désigne un laser impulsionnel, la référence numérique 2 désigne un générateur d'impulsion d'horloge pour produire des impulsions d'horloge à une fréquence de répétition d'impulsion de, par exemple, 300 M Hz, la référence numérique 3 désigne un circuit photodétecteur, la référence numérique 4 désigne un convertisseur analogique-numérique (A/N), du type éclair, capable d'effectuer une conversion analogique-numérique à lune grande vitesse pour convertir le signal de sortie d'un circuit photodétecteur 3 en un signal de données numériques correspondant, la référence numérique 5 désigne une mémoire de type logique à couplage d'émetteur (ECL), ayant un temps d'accès très court, et la référence numérique 6 désigne un générateur d'adresse pour transmettre un signal de durée de conversion A/N au convertisseur A/N 4 en synchronisme avec des impulsions d'horloge émises par le générateur d'impulsion d'horloge, déterminant les adresses de la mémoire 5 pour mémoriser, respectivement, les résultats de la conversion A/N effectuée par le convertisseur A/N 4, en comptant les impulsions d'horloge mentionnées ci-dessus et en déterminant le nombre de fois o la conversion A/N doit être effectuée pour une seule émission d'impulsion lumineuse du laser impulsionnel 1 La référence numérique 7 désigne une unité de traitement, dont le fonctionnement sera décrit ci-après, et la référence numérique 10 désigne un objet situé à une distance devant être mesurée. La figure 6 est un chronogramme pour illustrer le fonctionnement de l'appareil de mesure de distance

suivant le troisième mode de réalisation de l'invention.

Ensuite, une description sera faite du

fonctionnement du présent mode de réalisation en faisant

référence aux figures 6 et 5.

L'unité de traitement 7 déclenche l'émission de lumière du laser impulsionnel 1, comme le montre la figure 6 en (a) En réponse au signal de déclenchement, le laser impulsionnel 1 émet une impulsion lumineuse, comme le montre la figure 6 en (b) Par ailleurs, le générateur d'adresse 6 réagit également au signal de déclenchement émis par l'unité de traitement 7 pour commencer à compter les impulsions d'horloge (figure 6, (d)) émises par le générateur d'impulsion d'horloge 2, le comptage commençant à zéro, comme le montre la figure 6 en (e) L'opération de comptage du générateur d'adresse 6 est arrêtée au moment o la valeur comptée représentant un laps de temps correspondant à une gamme de distances à mesurer préétablie, a été atteint L'impulsion lumineuse émise par le laser impulsionnel 1 est réfléchie par l'objet concerné 10 L'impulsion d'écho résultant de la réflection est reçue par le circuit photodétecteur 3, qui délivre alors le signal électrique correspondant après amplification comme le montre la figure 6 en (c) Le signal de sortie du circuit photodétecteur subi ensuite une conversion analogique-numérique (A/N) par le convertisseur A/N 4, à une cadence d'échantillonnage en synchronisme avec le front ascendant des impulsions d'horloge, comme le montre la figure 6 en (f) Les résultats de la conversion A/N sont mémorisés dans la mémoire 5 aux adresses correspondant à chaque valeur comptée du générateur d'adresse 6 La conversion A/N est répétée jusqu'à ce que l'opération de comptage du

générateur d'adresse 6 soit arrêtée.

Après que l'opération soit finie, y compris la conversion A/N pour mémorisation dans la mémoire 5 des résultats de la conversion A/N pour l'émission d'impulsions lumineuses, l'unité de traitement 7 extrait séquentiellement les valeurs de données mémorisées de la mémoire 5, et identifie la valeur maximale extraite comme représentant le pic de l'impulsion lumineuse d'écho, sur ce le laps de temps T (figure 6), qui s'est écoulé entre l'apparition du pic de l'impulsion d'écho et l'émission d'impulsions lumineuses, est déterminé sur la base de la valeur de donnée de l'adresse à laquelle le pic a été identifié Sur la base du temps ainsi déterminé (correspondant au temps T montré sur la figure 6), la

distance de l'objet concerné peut être déterminée.

Notamment, la distance S peut être déterminée conformément à l'équation suivante: S = {(n/f) x C}/2 o N représente le nombre des impulsions d'horloge produit avant l'apparition du pic, dans les données mémorisées dans la mémoire, tel que compté à partir du moment o le laser impulsionnel est déclenché; C représente la vitesse de la lumière; et f représente la fréquence du signal d'impulsion

d'horloge produit par le générateur d'horloge 2.

En supposant, par exemple, que le pic, dans le mode de réalisation illustré fasse son apparition à la 200 ème impulsions d'horloge, telles que comptées à partir du déclenchement du laser impulsionnel, la distance S de l'objet peut être déterminée comme suit: m = { 200/30 x 106)} x ( 3 x 108) / 2

Comme on peut le voir à partir de la description ci-

dessus, dans le cas du troisième mode de réalisation de l'invention, bien que le générateur d'impulsion d'horloge capable de produire un signal d'impulsion d'horloge à une fréquence plus élevée que celle des générateurs d'impulsions correspondants, utilisé dans le premier et le deuxième mode de réalisation, soit obligatoire, le circuit de retardement d'impulsion d'horloge peut être éliminé En outre, le signal représentant l'impulsion lumineuse d'écho n'est pas directement comparé à une valeur de seuil prédéterminée comme c'est le cas dans les appareils de mesure de distance connus mais les données numériques dérivées des données de sortie du circuit photodétecteur 3, par conversion A/N, sont d'abord mémorisées dans la mémoire 5, pour être soumises ultérieurement à un traitement analytique par l'unité de traitement 7, pour déterminer la valeur maximale ou valeur de pic En vertu de cette caractéristique, la détection erronée due à des éléments de bruit résultant de la diffusion des impulsions lumineuses émises sur

d'autres objets que l'objet concerné peut être empêchée.

Dans ce contexte, il est à noter que la largeur d'impulsion d'une impulsion lumineuse d'écho détectée est considérablement plus grande que celle de l'élément de bruit de grenaille prédominant à la sortie du circuit photodétecteur Par conséquent, il est très facile de retirer, par un traitement arithmétique, d'une façon sélective, les composantes de signal ayant de courtes durées, de la forme d'onde du signal de l'impulsion lumineuse d'écho mémorisée dans la mémoire 5 Cela signifie que seule la composante de signal représentant

l'impulsion lumineuse d'écho valide peut être extraite.

Dans ce contexte, il faut également ajouter que l'unité de traitement 7 peut comprendre un circuit de filtrage

numérique approprié pour supprimer les éléments de bruit.

De cette façon, la détection erronée du signal d'écho dont pâtit l'appareil de mesure de distance peut être supprimée d'une façon satisfaisante Par ailleurs, puisque l'emplacement du pic du signal d'impulsion lumineuse d'écho est considéré comme représentant directement la position de l'objet concerné, les erreurs dues à la comparaison au niveau de seuil peuvent être évitées, suivant l'invention, de sorte que non seulement la mesure de distance peut être effectuée avec une très grande précision, mais que l'on bénéficie également d'une

linéarité améliorée.

Ensuite, un quatrième mode de réalisation de l'appareil de mesure de distance selon la présente invention va être décrit en faisant référence aux figures 7 et 8, la figure 7 représentant un schéma de principe montrant l'agencement de l'appareil, et la figure 8 est le schéma d'une forme d'onde pour illustrer le fonctionnement de ce dernier Le quatrième mode de réalisation se distingue du troisième en ce que la moyenne des données obtenue par la conversion A/N et mémorisée dans la mémoire 5 est établie, et en ce que la distance est déterminée sur la base du résultat de

l'opération établissant la moyenne.

Dans la figure 7, le référence numérique 1 désigne un laser impulsionnel pour émettre des impulsions lumineuses, la référence numérique 2 désigne un générateur d'impulsion d'horloge pour produire un signal d'impulsion d'horloge d'une fréquence de, par exemple, 300 M Hz, la référence numérique 3 désigne un circuit photodétecteur ayant une fonction de conversion photo- électrique et une fonction d'amplification, la référence numérique 4 désigne un convertisseur analogique-numérique (A/N), du type flash capable de fonctionner à une très grande vitesse pour convertir le signal de sortie du circuit photodétecteur 3 en un signal de donnée numérique correspondant, la référence numérique 5 désigne une mémoire du type logique à couplage d'émetteur, ayant un temps d'accès très court pour mémoriser les données numériques résultant de la conversion A/N, la référence numérique 6 désigne un générateur d'adresse pour émettre un signal de durée de conversion A/N vers le convertisseur A/N 4 en synchronisme avec le signal d'impulsion d'horloge émis par le générateur d'impulsion 2, déterminant l'adresse la moins significative de la mémoire 5 pour mémoriser les résultats de la conversion A/N effectuée par le convertisseur A/N 4 en comptant les impulsions d'horloge et en déterminant le nombre de fois o la conversion A/N doit être effectuée, la référence numérique 7 désigne une unité de traitement conçue pour permettre le déclenchement de l'émission d'impulsion lumineuse du laser impulsionnel 1, pour déterminer l'adresse la plus significative de la mémoire 5 et déterminer arithmétiquement la distance en fonction des

données mémorisées dans la mémoire 5.

Ensuite, une description va être faite du

fonctionnement de l'appareil de mesure de distance selon le quatrième mode de réalisation de l'invention, en faisant référence à la figure 8 en combinaison avec la

figure 7.

L'unité de traitement 7 met "O" (zéro) à l'adresse la plus significative de la mémoire 5 et déclenche ensuite l'émission d'impulsion lumineuse du laser impulsionnel 1 comme le montre la figure 8 en (a) En réponse au signal de déclenchement, le laser impulsionnel 1 émet une impulsion lumineuse telle que le montre la figure 8 en (b) Par ailleurs, le générateur d'adresse 6 répond également au signal de déclenchement pour commencer à compter les impulsions d'horloge (figure 8 (d)) émises par le générateur d'impulsion d'horloge 2 en commençant lé compte à partir de zéro, comme le montre la figure 8 en (e) L'opération de comptage du générateur d'adresse 6 est arrêtée au moment o la valeur comptée, correspondant au laps de temps représentant une gamme de distances prédéterminée, a été atteint, l'impulsion lumineuse émanant du laser impulsionnel 1 est réfléchie par l'objet concerné 10 L'impulsion lumineuse d'écho résultant de la réflection est alors reçue par le circuit photodétecteur 3 qui délivre un signal électrique correspondant après amplification, comme le montre la figure 8 en (c) Le signal de sortie du circuit

photodétecteur 3 subit alors la conversion analogique- numérique (A/N) par le convertisseur A/N 4 à une cadence en synchronisme

avec les fronts ascendants des impulsions d'horloge produites par le générateur d'impulsion d'horloge 4, comme le montre la figure 8 en (f) Les références numériques 1 à 16 représentant le nombre de fois qu'une impulsion lumineuse est émise Les données résultant de la conversion A/N sont mémorisées en synchronisation avec les fronts descendants des impulsions d'horloge, dans la mémoire 5, dans une zone de mémoire, dont l'adresse la plus significative a été auparavant déterminée par l'unité de traitement 7, l'adresse la moins significative étant déterminée par la valeur de comptage du générateur d'adresse 6 La conversion A/N est répétée jusqu'à ce que l'opération de comptage du générateur d'adresse 6 soit arrêtée Après mémorisation des données obtenues par la conversion A/N, mentionnée ci-dessus pour la première émission d'impulsion lumineuse, l'unité de traitement 7 incrémente l'adresse la plus significative de la mémoire 5 mettant ainsi à jour l'adresse pour mémoriser le résultat de la conversion A/N suivant, sur ce, un processus similaire à

celui qui a été décrit ci-dessus est répété.

Lorsque le nombre de fois qu'une impulsion lumineuse a été émise (c'està-dire le nombre des émissions laser) a atteint 16, les résultats des conversions A/N pour les seize impulsions lumineuses d'écho ayant été mémorisées dans les zones de mémoire, l'unité de traitement 7 extrait séquentiellement les résultats des conversions A/N de la mémoire 5, sur ce, 16 données d'échantillonnage d'impulsion lumineuse d'écho sont soumises à un calcul de moyenne, comme le montre la figure 8 en (g) Lors du traitement pour établir la moyenne, les données résultant des conversions A/N pour les seize signaux d'impulsion lumineuse d'écho mémorisées dans des zones respectives de la mémoire, sont additionnées et la somme est divisée par seize, ce qui permet d'obtenir une forme d'onde moyenne

des seize formes d'onde d'impulsion lumineuse.

Subséquemment, un niveau maximal, ou amplitude, de la forme d'onde moyenne des impulsions lumineuses d'écho (figure 8 (g)) est détecté comme représentant le pic du signal d'impulsion lumineuse d'écho réfléchi par l'objet En déterminant T qui s'écoule entre l'émission d'impulsion lumineuse par le laser impulsionnel 1 et l'apparition du pic dans la forme d'onde moyenne sur la base du nombre des impulsions d'horloge produites jusqu'à l'apparition du pic, il est possible de déterminer arithmétiquement la distance de l'objet 10 conformément à l'équation ( 3) mentionnée ci-dessus, en relation avec le

troisième mode de réalisation de l'invention.

Maintenant, le rapport signal sur bruit du signal d'impulsion lumineuse d'écho est considéré D'habitude, le signal de sortie du circuit photodétecteur 3 est accompagné d'un bruit de grenaille, bruit thermique ou d'autres composantes parasites Si l'énergie de signal de l'écho ayant subi la conversion A/N est représentée par Es, celle du bruit blanc résultant de la limitation de bande des composantes de bruit mentionnées ci-dessus, étant représentée par En, le rapport signal sur bruit après conversion A/N est donné par Es/En En établissant la moyenne comme décrit ci-dessus, le niveau d'énergie Es du bruit blanc est diminué par 1/16, le bruit étant aléatoire, bien que le signal d'énergie Es de l'écho reste à peu près le même après l'établissement de la moyenne Cela veut dire que le rapport signal sur bruit est amélioré par un facteur de 16 ( 12 d B), la formule suivante étant vérifiée: S/N = Es / (En/16) = 16 x Es/En Plus particulièrement, en établissant la moyenne de 16 formes d'onde échantillonnées, chacune d'elles étant superposée avec des composantes de bruit (figure 8 (f)), les composantes de bruit peuvent être supprimées, comme le montre la figure 8 en (g) ce qui fait que seule la composante de signal d'impulsion lumineuse d'écho valide est extraite Dans ce contexte, il faut rappeler par ailleurs, qu'une photodiode PIN est utilisée comme élément de conversion photo-électrique dans le circuit photodétecteur 3, dont le signal de sortie est à peu près proportionnel à un quotient obtenu en divisant la puissance de sortie du laser impulsionnel 1 par le carré de la distance de l'objet 10 Par conséquent, la puissance du signal d'impulsion lumineuse d'écho résultant de la conversion A/N, est approximativement inversement proportionnel à la quatrième puissance de la distance Par conséquent, l'amélioration du rapport signal sur bruit par un facteur 16, obtenue en établissant la moyenne, signifie que la distance pouvant être détectée ou mesurée est augmentée par 2 (= subquadruple de 16) dans le cas du mode de réalisation illustré. Comme on peut le comprendre dans ce qui a été dit, le rapport signal sur bruit peut être amélioré d'une façon significative en établissant la moyenne des signaux d'impulsion lumineuse d'écho, ce qui fait que l'erreur dans la mesure de distance, due au bruit, peut être ramenée à un minimum Donc, la capacité de détection de distance de l'appareil de mesure de distance peut être améliorée d'une façon remarquable D'autre part, en supposant que le domaine de distance souhaité pour la détection est le même que celui de l'appareil connu, l'énergie de signal de l'impulsion lumineuse d'écho peut être le seizième de celle de l'appareil connu Par conséquent, un laser impulsionnel de faible puissance peut être utilisé de façon satisfaisante, de sorte que l'appareil de mesure de distance peut être réalisé en

conséquence de façon peu coûteuse et économique.

Par ailleurs, l'emplacement du pic du signal d'impulsion lumineuse d'écho étant considéré comme représentant l'emplacement ou la position de l'objet concerné, les erreurs qui se produisent dans l'appareil connu, dues à la comparaison au niveau seuil, peuvent être presque totalement évitées, ce qui permet non seulement d'effectuer la mesure de distance avec une très grande précision, mais la linéarité est également

améliorée de beaucoup.

Dans une application pratique des modes de réalisation de l'invention décrite ci-dessus, il peut y avoir un laps de temps plus ou moins grand entre le déclenchement du laser impulsionnel et l'apparition du pic dans la donnée de forme d'onde de signal d'écho Par conséquent, la distance déterminée en référence à la durée de déclenchement du laser sera mesurée comme étant un peu plus longue que la distance réelle Cependant, en déterminant expérimentalement le laps de temps mentionné ci-dessus et en soustrayant une distance correspondant à ce laps de temps de la distance déterminée arithmétiquement, on peut effectuer une mesure de

distance précise.

Dans la description ci-dessus, on a supposé que le

générateur d'impulsion lumineuse est constitué par un laser impulsionnel Il faut cependant tenir compte du fait que d'autres sources lumineuses telles que les diodes émettrices de lumière, ou analogues, peuvent être également utilisées Par ailleurs puisque l'appareil de mesure de distance selon l'invention peut fonctionner en utilisant le principe de l'onde électromagnétique, le générateur d'impulsion lumineuse et le circuit photodétecteur peuvent être remplacés par un générateur d'impulsion d'onde électromagnétique ainsi qu'un circuit de détection d'impulsion électromagnétique pour obtenir

des effets similaires.

Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit et du

domaine de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1 Appareil de mesure de distance pour mesurer une distance d'un objet ( 10) concerné, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de production d'impulsions d'horloge ( 2) pour produire un signal d'impulsions d'horloge à une fréquence prédéterminée; des moyens de retardement d'impulsions d'horloge ( 11) pour retarder ledit signal d'impulsions d'horloge d'une valeur correspondant à un multiple entier d'une durée résultant de la division d'une période dudit signal d'impulsions d'horloge par un entier (N) qui est plus grand que 2 (deux) pour produire par ce moyen un signal d'impulsions d'horloge retardé; des moyens de production d'impulsions lumineuses pour produire une impulsion lumineuse à une cadence synchronisée avec l'une donnée des impulsions dudit signal d'impulsions d'horloge retardé; des moyens de photo-détection ( 3) pour recevoir une impulsion lumineuse d'écho résultant de la réflexion de ladite impulsion lumineuse sur ledit objet ( 10) et convertissant ladite impulsion lumineuse d'écho en un signal électrique; des moyens de conversion analogique-vers-numérique ( 4) pour convertir ledit signal électrique sorti desdits moyens de photo- détection ( 3) en des données numériques à une cadence synchronisée avec les impulsions d'horloge individuelles dudit signal d'impulsions d'horloge; des moyens de mémoire ( 5) pour mémoriser séquentiellement lesdites données numériques sorties desdits moyens de conversion analogique-vers-numérique ( 4); et des moyens de traitement ( 7)pour imposer des retards différents auxdits signaux d'impulsions d'horloge de manière à ce que ledit signal d'impulsions d'horloge retardé soit retardé de valeurs différentes pour N émissions desdites impulsions lumineuses, respectivement, et pour synthétiser N séries de données numériques mémorisées dans lesdits moyens de mémoire ( 5) en réarrangeant séquentiellement dans le temps lesdites N séries de données numériques pour déterminer ainsi de manière arithmétique la distance dudit objet ( 10) sur la base d'une forme d'onde d'impulsion obtenue par ladite synthétisation. 2 Appareil de mesure de distance selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement ( 7) déterminent ladite distance sur la base de ladite forme d'onde synthétisée en fonction de la formule suivante:

S = {(n x C)/(f x N)}/2.

dans laquelle N représente le nombre des impulsions d'horloge produites avant l'apparition d'un pic dans ladite forme d'onde synthétisée, tel qu'il est décompté à partir d'un instant o la première desdites impulsions lumineuses est émise; C représente la vitesse de la lumière; f représente la fréquence dudit signal d'impulsions d'horloge produit par lesdits moyens de production d'impulsions d'horloge ( 2); N représente le nombre de fois o ladite impulsion lumineuse est émise pour une même opération de mesure de distance; et

S représente ladite distance.

3 Appareil de mesure de distance selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de production d'impulsions lumineuses comprennent un laser

impulsionnel ( 1).

4 Appareil de mesure de distance selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de production d'impulsions lumineuses comprennent une diode émettrice de lumière commandée de façon à émettre des

impulsions lumineuses.

Appareil de mesure de distance pour mesurer une distance d'un objet ( 10) concerné, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de production d'impulsions d'horloge ( 2) pour produire un signal d'impulsions d'horloge à une fréquence prédéterminée; des moyens de retardement d'impulsions d'horloge ( 11) pour retarder ledit signal d'impulsions d'horloge d'une valeur correspondant à un multiple entier d'une durée résultant de la division d'une période dudit signal d'impulsions d'horloge par un entier (N) qui est plus grand que 2 (deux) pour produire par ce moyen un signal d'impulsions d'horloge retardé; des moyens de production d'impulsions lumineuses pour produire une impulsion lumineuse à une cadence synchronisée avec l'une donnée des impulsions dudit signal d'impulsions d'horloge retardé; des moyens de photo- détection ( 3) pour recevoir une impulsion lumineuse d'écho résultant de la réflexion de ladite impulsion lumineuse sur ledit objet ( 10) et convertissant ladite impulsion lumineuse d'écho en un signal électrique; des moyens de conversion analogique-vers-numérique ( 4) pour convertir ledit signal électrique sorti desdits moyens de photo- détection ( 3) en des données numériques à une cadence synchronisée avec les impulsions d'horloge individuelles dudit signal d'impulsions d'horloge; des moyens de mémoire ( 5) pour mémoriser séquentiellement lesdites données numériques sorties desdits moyens de conversion analogique-vers-numérique ( 4); et des moyens de traitement ( 7) pour imposer des retards différents auxdits signaux d'impulsions d'horloge retardés produits par N émissions d'impulsions lumineuses, respectivement, et pour synthétiser N séries desdites données numériques mémorisées dans lesdits moyens de mémoire ( 5) en réarrangeant séquentiellement dans le temps lesdites N séries de données numériques pour déterminer ainsi de manière arithmétique la distance dudit objet ( 10) sur la base d'une forme d'onde

d'impulsion obtenue par ladite synthétisation.

6 Appareil de mesure de distance selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement ( 7) déterminent ladite distance sur la base de ladite forme d'onde synthétisée en fonction de la formule suivante:

S = {(n x C)/(f x N)}/2.

S représente ladite distance.

7 Appareil de mesure de distance selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de production d'impulsions lumineuses comprennent un laser

impulsionnel ( 1).

8 Appareil de mesure de distance selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de production d'impulsions lumineuses comprennent une diode émettrice de lumière commandée de façon à émettre des

impulsions lumineuses.

9 Appareil de mesure de distance pour mesurer une distance d'un objet ( 10) concerné, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de production d'impulsions d'horloge ( 2) pour produire un signal d'impulsions d'horloge à une fréquence prédéterminée; des moyens de production d'impulsions pour produire une impulsion d'onde électromagnétique; des moyens de détection pour détecter une impulsion d'écho résultant de la réflexion de ladite impulsion sur ledit objet ( 10); des moyens de conversion analogique-vers-numérique ( 4) pour convertir un signal d'écho sorti desdits moyens de détection en des données numériques en sychronisme avec ledit signal d'impulsions d'horloge; des moyens de mémoire ( 5) pour mémoriser séquentiellement les données numériques sorties desdits moyens de conversion analogique-vers-numérique ( 4) sur une base séquentielle dans le temps; et des moyens de traitement ( 7) pour traiter les données mémorisées dans lesdits moyens de mémoire ( 5) pour déterminer ainsi de façon arithmétique la distance dudit objet ( 10) sur la base des données numériques

séquentielles dans le temps.

Appareil de mesure de distance selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement ( 7) déterminent la donnée ayant une valeur maximale représentant un pic de ladite impulsion d'écho pour déterminer par ce moyen ladite distance dudit objet ( 10) en fonction de la formule suivante S = {(n/f) x C}/2 dans laquelle S représente ladite distance; N représente le nombre des impulsions d'horloge produites avant l'apparition dudit pic dans les données mémorisées dans ladite mémoire ( 5); C représente la vitesse de la lumière; et f représente la fréquence dudit signal d'impulsions

d'horloge.

11 Appareil de mesure de distance selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de production d'impulsions d'onde électromagnétique comprennent un laser impulsionnel ( 1) et en ce que lesdits moyens de détection comprennent un circuit de détection photo- électrique ( 3) et en ce que ladite

impulsion est une impulsion lumineuse.

12 Appareil de mesure de distance pour mesurer une distance d'un objet ( 10) concerné, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de production d'impulsions d'horloge ( 2) pour produire un signal d'impulsions d'horloge à une fréquence prédéterminée; des moyens de production d'impulsions pour produire une impulsion d'onde électromagnétique; des moyens de détection pour détecter une impulsion d'écho résultant de la réflexion de ladite impulsion sur ledit objet ( 10); des moyens de conversion analogique-vers-numérique ( 4) pour convertir un signal d'écho sorti desdits moyens de détection en des données numériques en sychronisme avec ledit signal d'impulsions d'horloge; des moyens de mémoire ( 5) pour mémoriser séquentiellement les données numériques sorties desdits moyens de conversion analogique-vers-numérique ( 4) sur une base séquentielle dans le temps; et des moyens de traitement ( 7) pour faire la moyenne de N séries desdites données obtenues à partir desdits moyens de conversion analogique-vers-numérique ( 4) et mémorisés dans lesdits moyens de mémoire ( 5) pour N émissions d'impulsions, respectivement, o N représente un entier donné, et pour déterminer de façon arithmétique la distance dudit objet ( 10) sur la base d'une série de données obtenue au moyen de ladite opération de calcul de moyenne.

13 Appareil de mesure de distance selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement ( 7) déterminent la donnée dans ladite une série de données qui a une valeur maximale représentant un pic de ladite impulsion d'écho pour déterminer par ce moyen ladite distance dudit objet ( 10) en fonction de la formule suivante: S = {(n/f) x C}/2 dans laquelle S représente ladite distance; n représente le nombre des impulsions d'horloge produites avant l'apparition dudit pic dans ladite une série de données obtenue à partir de ladite opération de calcul de moyenne; C représente la vitesse de la lumière; et

f représente la fréquence dudit signal d'impulsions d'horloge.

14 Appareil de mesure de distance selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits moyens de production d'impulsions d'onde électromagnétique comprennent un laser impulsionnel ( 1), en ce que lesdits

moyens de détection comprennent un circuit de détection photo- électrique ( 3) et en ce que ladite impulsion est une impulsion lumineuse.