ITBO20010759A1 - Dispositivo misuratore di distanza - Google Patents

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ITBO20010759A1 IT2001BO000759A ITBO20010759A ITBO20010759A1 IT BO20010759 A1 ITBO20010759 A1 IT BO20010759A1 IT 2001BO000759 A IT2001BO000759 A IT 2001BO000759A IT BO20010759 A ITBO20010759 A IT BO20010759A IT BO20010759 A1 ITBO20010759 A1 IT BO20010759A1
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distance measuring
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distance
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Paolo Marchi
Ciro Adelmo Pilone
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Description

D E S C R I Z IO N E
del brevetto per invenzione industriale
La presente invenzione è relativa ad un dispositivo misuratore di distanza.
In particolare, la presente invenzione è relativa ad un dispositivo misuratore di distanza optoelettronico del tipo comprendente una unità di emissione luce, provvista ad esempio di un fotoemettitore LASER atto a generare un fascio luminoso costituito da una pluralità di impulsi luminosi in una direzione prestabilita; un gruppo ottico atto a focalizzare ed a deflettere il fascio luminoso generato dal fotoemettitore per "canalizzarlo" verso un oggetto, di cui si desidera misurare la distanza rispetto al dispositivo misuratore di distanza; ed una unità di ricezione luce atta a rilevare e convertire il fascio luminoso riflesso dall'oggetto in un segnale elettrico, il cui andamento nel tempo del valore di tensione o corrente risulta correlato alla distanza tra l'oggetto ed il dispositivo misuratore di distanza stesso.
In generale, nei dispositivi misuratori di distanza noti del tipo sopra descritto, la citata unità di ricezione comprende un fotoricevitore atto a convertire gli impulsi luminosi del fascio riflesso, in impulsi elettrici, ciascuno dei quali presenta un ritardo (rispetto all'impulso emesso) correlato alla distanza percorsa dall'impulso luminoso stesso verso e da l'oggetto, ed un circuito di amplificazione avente la funzione di mantenere sostanzialmente costante l'ampiezza di ciascun impulso elettrico ricevuto, indipendentemente dalla distanza e dalla riflettenza dell'oggetto.
L'unità di ricezione comprende, infine, un circuito di elaborazione, il quale è atto a ricevere dal circuito di amplificazione i suddetti impulsi elettrici, e ad elaborare questi ultimi in modo tale da fornire in uscita un segnale indicante la distanza misurata. In dettaglio, il circuito di elaborazione è atto a determinare il segnale indicante la distanza misurata, in funzione del "tempo di volo" di ciascun impulso elettrico rilevato, ovvero in altre parole elaborando il ritardo dell'impulso elettrico stesso.
I dispositivi misuratori di distanza noti sopra descritti presentano il grave inconveniente di non garantire un buon grado di precisione della distanza misurata .
Nella fattispecie, la misura fornita dai dispositivi misuratori di distanza noti è affetta da errori correlati ai ritardi di propagazione circuitale introdotti negli impulsi elettrici durante la fase di elaborazione da parte dei circuiti elettronici presenti nell'unità di ricezione. In particolare, tali ritardi di propagazione variano in funzione delle alterazioni dei valori dei parametri circuitali dei componenti elettrici, causate, ad esempio, dalle variazioni di temperatura, cui sono sottoposti i circuiti elettronici, e/o dall'invecchiamento di questi ultimi.
Più in dettaglio durante l'elaborazione viene generato un impulso elettrico presentante una durata correlata sia al "tempo di volo" impiegato dal fascio per percorrere la distanza "netta" tra l'oggetto e il dispositivo misuratore distanza, sia ai ritardi circuitali di propagazione interna.
Scopo della presente invenzione è di realizzare un dispositivo misuratore di distanza del tipo sopra descritto che sia esente dagli inconvenienti sopra specificati .
Secondo la presente invenzione viene realizzato un dispositivo misuratore di distanza come descritto nella rivendicazione 1.
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
la figura 1 illustra uno schema a blocchi di un dispositivo misuratore di distanza realizzato secondo i dettami della presente invenzione;
la figura 2 mostra l'andamento temporale di alcuni segnali generati da determinati circuiti elettrici compresi nel dispositivo misuratore di distanza illustrato nella figura 1;
la figura 3 illustra uno schema a blocchi di una variante del dispositivo misuratore di distanza illustrato nella figura 1; e
la figura 4 mostra l'andamento temporale di alcuni segnali generati da determinati circuiti elettrici compresi nel dispositivo misuratore di distanza illustrato nella figura 3.
Con riferimento alla figura 1, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un dispositivo misuratore di distanza di tipo optoelettronico avente la funzione di determinare la distanza D di un generico oggetto 2 misurata rispetto al dispositivo misuratore di distanza 1 stesso.
Il dispositivo misuratore di distanza 1 comprende una unità di emissione 3 atta a generare un fascio luminoso verso l'oggetto 2; un gruppo ottico 4 atto a focalizzare ed a deflettere il fascio luminoso per "canalizzarlo" verso e da l'oggetto 2; ed una unità di ricezione 5 atta a ricevere ed a convertire il fascio luminoso riflesso dall'oggetto 2 in un segnale elettrico SR, correlato alla distanza D dell'oggetto 2 dal dispositivo misuratore di distanza 1, e ad elaborare il segnale elettrico SR stesso in modo tale da fornire un segnale di distanza SD indicante la distanza D misurata.
Nella fattispecie, il gruppo ottico 4 comprende una pluralità di lenti e specchi (ed eventuali filtri interferenziali e polarizzatori non illustrati), i quali vengono disposti opportunamente sia in corrispondenza dell'unità di emissione 3 per orientare verso l'oggetto 2 il fascio luminoso generato, sia in corrispondenza dell'unità di ricezione 5, in modo tale da "canalizzare" il fascio luminoso riflesso dall'oggetto 2 verso l'unità di ricezione 5 stessa. È opportuno precisare che il gruppo ottico 4 è di tipo noto e quindi non verrà ulteriormente descritto.
L'unità di emissione 3 comprende un fotoemettitore 6 atto ad emettere il fascio luminoso verso l'oggetto 2, ed un circuito generatore di segnale 7, il quale è atto a comandare il fotoemettitore 6 e comprende a sua volta un generatore di clock 8 atto a fornire un segnale di clock SK ed un circuito di modulazione 9 avente la funzione di pilotare, in funzione del segnale di clock SK, l'emissione del fascio luminoso da parte del fotoemettitore 6.
Il generatore di clock 8 può essere realizzato tramite un generatore al quarzo, il quale è atto a fornire in uscita il segnale di clock SK, (ad esempio un'onda rettangolare), presentante un rapporto prestabilito tra la durata T0N dei suoi impulsi ed il proprio periodo T (duty cycle ad esempio pari al 50%). È evidente che nel caso in cui il dispositivo misuratore di distanza 1 comprenda un microprocessore (non illustrato), il segnale di clock SK può essere fornito direttamente dal microprocessore stesso.
Per quanto riguarda il circuito di modulazione 9, esso può essere realizzato tramite un modulatore, il quale è atto a generare, in funzione del segnale di clock SK, un segnale di comando Sc definito da una pluralità di impulsi elettrici equidistanziati tra loro e presentanti un'ampiezza ed una durata prefissata. Nell'esempio illustrato in figura 2 ciascun impulso elettrico appartenente al segnale di comando Sc viene generato dal circuito di modulazione 9 in corrispondenza di ciascun fronte di salita del segnale di clock SK, e presenta una durata molto breve, ossia dell'ordine di grandezza, ad esempio, di qualche nano secondo.
Il circuito di modulazione 9 è atto, inoltre, a generare in funzione del segnale di clock SK un segnale di riferimento SRiF, definito da una pluralità di impulsi elettrici equidistanziati tra loro e presentanti un'ampiezza ed una durata prefissata. Nell'esempio illustrato in figura 2, ciascun impulso elettrico appartenente al segnale di riferimento SRIF viene generato dal circuito di modulazione 9 in corrispondenza di ciascun fronte di discesa del segnale di clock SK, e presenta una durata molto breve, ovvero dell'ordine di grandezza di qualche nano secondo.
Con riferimento alla figura 1, il fotoemettitore 6 può essere realizzato, ad esempio, tramite un diodo laser operante preferibilmente, ma non necessariamente, nel campo dell'infrarosso, il quale riceve dal circuito di modulazione 9 il segnale di comando Sc per generare, in funzione di quest'ultimo, un fascio luminoso composto da una pluralità di impulsi luminosi, ciascuno dei quali presenta un'ampiezza ed una durata prefissata. Nella fattispecie, nell'esempio illustrato in figura 2, ciascun impulso luminoso, indicato in seguito con IEM, viene generato dall'unità di emissione 3 in corrispondenza di ciascun fronte di salita degli impulsi del segnale di comando Sc.
Con riferimento alla figura 1, l'unità di ricezione 5 comprende un fotoricevitore 10, atto a rilevare gli impulsi luminosi IEM presenti nel fascio luminoso riflesso dall'oggetto 2, ed a convertire questi ultimi nel segnale SR comprendente una serie di impulsi elettrici, ciascuno dei quali presenta un fronte di salita distanziato di un intervallo temporale T0F rispetto al fronte di salita dei rispettivi impulsi luminosi IEM emessi dal fotoemettitore 6.
Nella fattispecie, l'intervallo temporale TOF è comunemente indicato con il termine "tempo di volo" ed è correlato alla lunghezza del percorso ottico fra l'unità di emissione 3, l'oggetto 2 e l'unità di ricezione 5.
Da quanto sopra descritto è opportuno precisare che la distanza ottica "netta" D è una frazione del suddetto percorso ottico, essendo quest'ultimo uguale al doppio della distanza ottica "netta" D stessa più i percorsi ottici interni al dispositivo misuratore di distanza 1.
L'unità di ricezione 5 comprende, inoltre, un circuito di elaborazione 11 avente la funzione di elaborare gli impulsi del segnale SR fornito in uscita dal fotoricevitore 10, per fornire a sua volta in uscita un segnale impulsivo ST (illustrato in figura 2) definito da una sequenza di impulsi IT presentanti ciascuno una durata Δτ correlata sia al tempo di volo T0F# sia ai ritardi circuitali interni ΔRIT introdotti dal circuito di elaborazione 11 stesso durante la fase di elaborazione.
Il circuito di elaborazione 11 è inoltre atto a cooperare con il circuito generatore di segnale 7, dal quale riceve il segnale di riferimento SRiF, per generare in funzione di quest'ultimo, un segnale di ritardo SRiT (illustrato in figura 2) la cui durata è correlata ai ritardi circuitali interni ΔRΙΤ introdotti negli impulsi IT del segnale impulsivo ST, da parte del circuito di elaborazione 11 stesso durante l'elaborazione degli impulsi elettrici appartenenti al segnale SR.
L'unità di ricezione 5 comprende, inoltre, un circuito di filtraggio 12 ed adattamento, il quale è atto ad elaborare il segnale di ritardo SRiT ed il segnale impulsivo ST, in modo tale da eliminare da quest'ultimo tutti i ritardi circuitali interni ARIT introdotti nel segnale impulsivo ST stesso da parte del circuito di elaborazione 11 nella fase di elaborazione e trattamento degli impulsi elettrici del segnale SR, in modo tale da fornire in uscita il segnale di distanza SD indicante la distanza D netta misurata.
Con riferimento alla figura 1, il fotoricevitore 10 può essere realizzato, ad esempio, tramite un fotodiodo a valanga (APD) collegato ad un carico prefissato, mentre il circuito di elaborazione 11 comprende un circuito amplificatore 13, il quale riceve sequenzialmente in ingresso gli impulsi elettrici del segnale SR fornito dal fotoricevitore 10, e gli impulsi elettrici del segnale di riferimento SRiF fornito dal circuito di modulazione 9, ed è atto ad fornire in uscita un segnale SA definito dalla sovrapposizione degli impulsi appartenenti ai segnali SR e SRiF opportunamente amplificati. Il segnale SA fornito dal circuito amplificatore 13, comprende quindi una sequenza di impulsi alternati Pi e P2 opportunamente amplificati ed indicati in figura 2.
Da quanto sopra descritto è opportuno precisare che l'uscita del circuito di modulazione 9 interessata dal segnale di riferimento SRIF è collegata elettricamente all'ingresso del circuito amplificatore 13 interessato dal segnale SR.
Il circuito di elaborazione 11 comprende, inoltre, un circuito di alimentazione 14, atto a fornire una prefissata tensione di alimentazione al fotoricevitore 10, ed un circuito rivelatore 15 di ampiezza, il quale è atto a controllare in funzione del segnale SA amplificato dal circuito amplificatore 13, sia il circuito di alimentazione 14, per regolare opportunamente la tensione fornita al fotoricevitore 10 (e quindi il suo guadagno), sia il circuito amplificatore 13 stesso, allo scopo di mantenere l'ampiezza degli impulsi elettrici del segnale SR fornito in uscita da quest'ultimo ad un valore prefissato, indipendentemente dalla distanza D e dalla riflettenza dell'oggetto 2.
In dettaglio, il circuito rivelatore 15 di ampiezza è atto a ricevere in ingresso il segnale di clock SK fornito dal generatore di clock 8, in modo tale da controllare, assieme al circuito amplificatore 13 ed al circuito di alimentazione 14, l'amplificazione degli impulsi elettrici del segnale SR. È opportuno precisare che il circuito rivelatore 15 agendo sul circuito di alimentazione 14 varia l'ampiezza di ciascun impulso elettrico del segnale SR, lasciando inalterata l'ampiezza degli impulsi elettrici presenti nel segnale di riferimento SRiF.
Nella fattispecie, utilizzando un fotoricevitore 10 di tipo APD, è possibile ottenere una equalizzazione delle ampiezze degli impulsi Pi e P2 contenuti nel segnale SA variando opportunamente l'alimentazione fornita al fotoricevitore 10 (ossia variando la tensione inversa fornita all'APD). In dettaglio tale equalizzazione consente di variare l'amplificazione sugli impulsi Pi associati al segnale ottico ricevuto, mantenendo contestualmente costante l'amplificazione sugli impulsi P2 associati al segnale di riferimento
SRIF·
Con riferimento alla figura 1, il circuito di elaborazione 11 comprende, infine, un circuito formatore 16 e separatore di impulsi, il quale è atto a ricevere ed elaborare gli impulsi elettrici P1 e P2 del segnale SA fornito dal circuito amplificatore 13 ed il segnale di clock SK fornito dal generatore di clock 8, in modo tale da fornire su una prima uscita il segnale impulsivo ST definito dagli impulsi IT presentanti la durata Aicorrelata sia al "tempo di volo" T0F dei relativi impulsi rilevati dal fotoricevitore 10, sia ai ritardi circuitali ARIT introdotti dal circuito di elaborazione 11.
Il circuito formatore di impulsi 16 è atto inoltre a fornire su una seconda uscita il segnale di ritardo SRIT comprendente gli impulsi elettrici IRiT presentanti ciascuno una durata ΔRIΤ correlata ai ritardi circuitali introdotti nel segnale impulsivo ST da parte dei componenti elettronici (non illustrati) presenti nel fotoricevitore 10, nel circuito amplificatore 13 e nel circuito formatore di impulsi 16 stesso.
In dettaglio con riferimento alla figura 2 il segnale impulsivo ST presenta il proprio fronte di salita in corrispondenza del fronte di salita dell'impulso luminoso IEM emesso, ed il fronte di discesa in corrispondenza di un prefissato punto del fronte di salita dell'impulso Pi del segnale SA (ad esempio a metà dell'ampiezza), mentre ciascun impulso del segnale di ritardo SRiT presenta il proprio fronte di salita in corrispondenza del fronte di salita di un impulso del segnale di riferimento SRiF, ed il fronte di discesa in corrispondenza di un prefissato punto del fronte di salita dell'impulso P2 appartenente al segnale SA (ad esempio a metà dell'ampiezza).
Da quanto sopra descritto è opportuno sottolineare che, durante l'elaborazione effettuata dal circuito di elaborazione 11, gli impulsi elettrici definenti il segnale di riferimento SRIF e gli impulsi elettrici appartenenti al segnale SR fornito dal fotoricevitore 10, vengono sottoposti agli stessi ritardi circuitali interni ΔRIT in quanto seguono lo stesso "percorso elettrico" all'interno dei circuiti che compongono il circuito di elaborazione 11 stesso, ovvero attraverso il fotoricevitore 10, il circuito amplificatore 13 ed il circuito formatore di impulsi 16.
In figura 2 è stato riportato un esempio degli andamenti temporali del segnale di riferimento SRIF; del segnale di ritardo SRIT, i cui impulsi elettrici IRIT presentano la durata ΔΚΙΤ corrispondente ai ritardi circuitali interni introdotti dal circuito di elaborazione 11 ed il segnale impulsivo ST, i cui impulsi IT presentano rispettivamente una durata Δτ il cui valore risulta dato dalla somma delle durate T0F (correlata al percorso ottico totale) e ARIT (correlata ai ritardi circuitali interni)(ΔT=TOF+ΔRIT).
Con riferimento alla figura 1, il circuito di filtraggio 12 comprende un filtro 17 atto a ricevere in ingresso il segnale impulsivo ST fornito dal circuito formatore di impulsi 16 per ricavare, attraverso una determinata funzione di trasferimento, un segnale VT in tensione presentante un'ampiezza proporzionale alla durata Δτ di ciascun impulso elettrico IT del segnale impulsivo ST.
Il circuito di filtraggio 12 comprende inoltre un filtro 18 atto a ricevere in ingresso il segnale di ritardo SRiT fornito dal circuito formatore di impulsi 16, per ricavare, attraverso una prefissata funzione di trasferimento, un segnale VRIT in tensione presentante un'ampiezza proporzionale alla durata ΔRIT di ciascun impulso elettrico IRIT del segnale di ritardo SRIT stesso.
Il circuito di filtraggio 12 comprende, infine, un circuito di calcolo 19, il quale è atto a ricevere in ingresso il segnale VRiT ed il segnale VT forniti dai rispettivi filtri 17 e 18, e ad elaborare tali segnali VRIT e VT in modo tale da annullare il contributo dei ritardi circuitali nel segnale VT. In particolare, il circuito di calcolo 19 è in grado di implementare una prefissata funzione di trasferimento F1 atta ad effettuare la differenza tra il segnale VT ed il segnale VRIT, ottenendo in tal modo il segnale di distanza SD "filtrato" da qualsiasi errore causato dai ritardi introdotti dal circuito di elaborazione 11. Ad esempio la funzione di trasferimento Fi implementata dal circuito di calcolo 19 potrebbe essere la seguente:
Dove G è il guadagno del circuito di calcolo e Vo è un segnale di riferimento presentante una prefissata tensione. È opportuno precisare che il circuito di calcolo 19 attraverso la funzione di trasferimento Fi, ovvero attraverso la variazione del guadagno G e del segnale Vo è in grado di adattare alle esigenze dell'utilizzatore il segnale di distanza SD indicante la distanza D. È evidente che le operazioni effettuate dal circuito di calcolo 19 attraverso la funzione di trasferimento Fi possono essere realizzate attraverso un opportuno circuito analogico (realizzato con amplificatori operazionali) oppure tramite un microprocessore implementante un prefissato software, mediante il quale è possibile attuare la funzione di trasferimento Fi stessa per ottenere, a partire dai segnali VRiF e VT, il segnale di distanza SD.
Il funzionamento del dispositivo misuratore di distanza 1 è facilmente desumibile da quanto sopra descritto e non necessita quindi di ulteriori spiegazioni .
Il dispositivo misuratore di distanza 1 sopra descritto presenta il notevole vantaggio di aumentare notevolmente il grado di precisione delle misure di distanza, rispetto ai dispositivi noti, in quanto elimina gli errori sulla misura della distanza, dovuti alle alterazioni dei segnali di distanza causate dai ritardi circuitali introdotti da parte dei propri circuiti elettrici interni (in seguito ad esempio ad una variazione di temperatura).
Secondo la variante illustrata nella figura 3, il dispositivo misuratore di distanza differisce dal dispositivo misuratore di distanza 1 sopra descritto, in quanto il segnale di riferimento SRiF generato dal circuito generatore di segnale 7, viene fornito direttamente al circuito formatore di impulsi 16 presente nel circuito di elaborazione 11, eliminando in tal modo il passaggio del segnale di riferimento SRiF stesso attraverso il circuito amplificatore 13.
In dettaglio, il dispositivo misuratore di distanza 1 illustrato in figura 3 è in grado di annullare i ritardi circuitali interni introdotti nel segnale impulsivo ST dal circuito formatore di impulsi 16 nella fase di elaborazione del segnale SA.
Con riferimento alle figure 3 e 4, il generatore di clock 8 presente nel dispositivo misuratore di distanza 1, è atto a fornire in uscita il segnale di clock SK definito, ad esempio da un'onda preferibilmente, ma non necessariamente, rettangolare presentante una frequenza Fi prefissata ed un rapporto prestabilito tra la durata T0N dei suoi impulsi ed il proprio periodo T (duty cycle ad esempio pari al 50%), ed un segnale di riferimento SRiF definito anch'esso da un'onda preferibilmente, ma non necessariamente, rettangolare presentante una frequenza F2 di valore uguale alla frequenza FI del segnale di clock SK, e sfasata in anticipo rispetto a quest'ultimo di un angolo a prestabilito (non illustrato), ad esempio pari a 90° (α=90°).
Il circuito formatore di impulsi 16 è atto a ricevere in ingresso il segnale di clock SK ed il segnale di riferimento SRIF forniti dal generatore di clock 8, ed il segnale SA fornito dal circuito amplificatore 13, ed è atto ad elaborare tali segnali in modo tale da generare su due differenti uscite il segnale di ritardo SRiT, e rispettivamente il segnale impulsivo ST-Nella fattispecie, con riferimento alla figura 4, i fronti di salita degli impulsi appartenenti al segnale di ritardo SRiT ed al segnale impulsivo ST vengono generati dal circuito formatore di impulsi 16 in corrispondenza del fronte di salita del segnale di riferimento SRiF, mentre il fronte di discesa di ciascun impulso IT del segnale impulsivo ST viene generato in corrispondenza di un prefissato punto Ti del fronte di salita del segnale SA (ad esempio, a metà ampiezza).
Per quanto riguarda invece il fronte di discesa di ciascun impulso IRiT del segnale di ritardo SRIT, esso viene generato in corrispondenza del fronte di salita dell'impulso IEM.
La durata del segnale ST oltre a comprendere il tempo di volo TOF, ed i ritardi circuitali interni ARIT introdotti in questo caso dal circuito formatore di impulsi 16 in corrispondenza dei fronti di salita e discesa degli impulsi del segnale impulsivo ST ed indicati in seguito con ΔΤΑ e ΔΤΒ, comprende anche un intervallo temporale di anticipo ΔΑΝΤ prefissato, corrispondente all'intervallo temporale presente tra il fronte di salita dell'impulso del segnale di riferimento SRIF ed il fronte di salita dell'impulso di clock SK.
Nella fattispecie l'intervallo temporale di anticipo ΔΑΝΤ viene introdotto allo scopo di permettere la compensazione delle sovraelongazioni (overshoot) presenti nel segnale impulsivo ST durante la formazione di ciascun impulso IT e nel segnale di ritardo SRiT durante la formazione di ciascun impulso IRIT.
Con riferimento alla figura 4, i suddetti ritardi circuitali ΔΤΑ e ΔΤΒ presenti nell'impulso IT vengono introdotti in eguale misura dal circuito formatore di impulsi 16, anche in corrispondenza del fronte di salita e rispettivamente del fronte di discesa dell'impulso IRiT appartenente al segnale di ritardo SRIT.
Il segnale di ritardo SRiT presenta quindi una durata ΔΚΙΤ correlata sia ai ritardi circuitali introdotti dal circuito formatore di impulsi 16 nel segnale impulsivo ST, sia all'intervallo temporale di anticipo ΔΑΝΤ introdotto per permettere la sopra citata compensazione delle sovraelongazioni ed oscillazioni generate nei segnali impulsivi ST e SRiT durante le commutazioni .
Allo scopo di assicurare le stesse variazioni dei ritardi circuitali ΔΤΑ e ΔΤΒ (presenti nel segnale impulsivo ST) nel segnale di ritardo SRiT, possono essere inclusi nel circuito formatore di impulsi 16 dei circuiti elettronici digitali (non illustrati), ad esempio un primo ed un secondo flip-flop integrati nel medesimo chip in modo tale da presentare le stesse prestazioni in termini di tempi di risposta dei segnali al variare delle caratteristiche conseguenti alla deriva termica e all'invecchiamento .
Nella fattispecie, il primo flip-flop (non illustrato) è atto a generare il segnale impulsivo ST in corrispondenza del fronte di salita del segnale di riferimento SRiF e del punto prefissato presente nel fronte di salita del segnale SA, mentre il secondo flipflop (non illustrato) è atto a generare il segnale di ritardo SRIT in funzione dei fronti di salita degli impulsi del segnale di riferimento SRIF e rispettivamente del fronte di salita degli impulsi del segnale IEM-Da quanto sopra descritto è opportuno sottolineare che, in uso, i due circuiti digitali (primo e secondo flip-flop) integrati nel circuito formatore di impulso 16 sono sottoposti in ogni istante alla stessa temperatura di funzionamento (in quanto appartengono al medesimo chip) e di conseguenza, presentando il medesimo comportamento dinamico, introducono vantaggiosamente in ciascun impulso IT e IRiT le stesse variazioni sui ritardi di commutazione ΔΤΑ e ΔΤΒ indipendentemente dalla temperatura di esercizio del circuito. In questo modo il segnale di ritardo SRiT generato dal circuito formatore di impulso 16 contiene, indipendentemente dalla condizione termica di quest'ultimo, sia l'informazione relativa ai ritardi circuitali interni ΔΤΑ e ΔΤΒ che interessano il segnale impulsivo ST, sia l'informazione associata all'intervallo temporale di anticipo prefissato ΔAΝΤ.
Il segnale di ritardo SRIT ed il segnale impulsivo ST vengono forniti dal circuito formatore di impulsi 16 al circuito di filtraggio 12 ed adattamento, il quale provvede a generare, tramite i filtri 17 e 18, i segnali VT e VRIT in tensione, i quali presentano un'ampiezza proporzionale alla durata Δτ e rispettivamente ΔRΙΤ di ciascun impulso elettrico IT e IRiT-Il circuito di filtraggio 12 è in grado inoltre di determinare, tramite il circuito di calcolo 19, il segnale di distanza SD in funzione dei segnali VT e VRiT attraverso una prefissata funzione di trasferimento atta ad annullare dal segnale VT associato al segnale impulsivo ST, sia la componente relativa ai ritardi circuitali interni del circuito formatore di impulsi 16 indicati dal segnale di ritardo SRIT, sia l'intervallo temporale di anticipo ΔΑΝΤ prefissato.
Da quanto sopra descritto è opportuno precisare che il segnale VT associato al segnale impulsivo ST, può, ad esempio, essere calcolato attraverso una funzione atta a determinare il valore medio di una serie di impulsi IT appartenenti al segnale impulsivo ST. In particolare, nel calcolo del valore medio viene attuata la compensazione tra la sovraelongazione ed oscillazione "in salita" (indicata con EA nell'esempio riportato in figura 4) presente nel fronte di salita di ciascun impulso IT e completamente assestata grazie all'intervallo temporale di anticipo ΔANT, e la sovraelongazione ed oscillazione "in discesa" (indicata con EB nell'esempio riportato in figura 4) generata in corrispondenza del fronte di discesa di ciascun impulso IT. È evidente che tale compensazione annulla vantaggiosamente l'errore di misura sul segnale impulsivo ST e conseguentemente sul segnale di distanza SD introdotto dalle sovraelongazioni ed oscillazioni presenti sia nel segnale impulsivo ST, sia nel segnale SRIT·
Risulta infine evidente che al dispositivo misuratore di distanza sopra descritto possono essere apportate modifiche e varianti, senza uscire dall'ambito della presente invenzione.
In particolare, da quanto sopra descritto è opportuno precisare che il dispositivo misuratore di distanza 1 può fornire otticamente il segnale di riferimento SRiF al circuito di elaborazione 11, utilizzando un percorso ottico di riferimento interno (tramite ad esempio una fibra ottica).
In questo caso, il dispositivo misuratore di distanza 1 può comprendere quindi un percorso ottico di riferimento interno presentante una lunghezza prefissata, attraverso il quale viene inviato al fotoricevitore 10, da parte del fotoemettitore 6 (comandato dal circuito generatore di segnale 9), un impulso luminoso di riferimento.
Il fotoricevitore 10 convertendo in un segnale elettrico tale impulso luminoso di riferimento è in grado quindi di fornire il segnale di riferimento SRiF in ingresso al circuito di elaborazione 11 in modo tale da permettere a quest'ultimo di generare in uscita il segnale di ritardo SRiT.
Da quanto sopra descritto, è opportuno precisare che la suddetta implementazione consente vantaggiosamente l'eliminazione della connessione elettrica tra il generatore di segnale 9 ed il circuito amplificatore 13.

Claims (21)

  1. R IV E N D I CA Z IO N I 1. Dispositivo misuratore di distanza (1) comprendente: - mezzi di emissione (6) atti ad emettere un fascio luminoso verso un oggetto (2); - mezzi di ricezione (10) atti a ricevere ed a convertire il fascio luminoso riflesso dal detto oggetto (2) in un primo segnale elettrico (SR) correlato alla distanza (D) presente tra l'oggetto (2) ed il dispositivo misuratore di distanza (1); - mezzi di elaborazione (11) atti ad elaborare il detto primo segnale elettrico (SR) per fornire un secondo segnale elettrico (ST) correlato alla detta distanza (D) ed ai ritardi circuitali interni (ΔRΙΤ) introdotti dai mezzi di elaborazione (11) stessi durante la detta elaborazione del detto primo segnale elettrico (SR); il detto dispositivo misuratore di distanza (1) essendo caratterizzato dal fatto di comprendere: - mezzi generatori di segnale (7) atti a pilotare i detti mezzi di emissione (6) ed a cooperare con i detti mezzi di elaborazione (11) per generare un segnale di ritardo (SRiT) correlato ai ritardi circuitali interni (ΔRIT) presenti nel detto secondo segnale elettrico (ST); e - mezzi di filtraggio (12) atti ad elaborare il detto segnale di ritardo (SRiT) ed il detto secondo segnale elettrico (ST) , tramite 1'implementazione di una prefissata funzione di trasferimento (Fi), in modo tale da eliminare dal detto secondo segnale elettrico (ST) il contributo dei detti ritardi circuitali interni (ΔRIT) e per fornire un segnale di distanza (SD) indicante la detta distanza (D) dell'oggetto (2) dal dispositivo misuratore di distanza (1).
  2. 2. Dispositivo misuratore di distanza secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi generatori di segnale (7) sono atti a generare un segnale di riferimento (SRiF); i detti mezzi di elaborazione (11) essendo atti a generare il detto segnale di ritardo (SRIT), in funzione del detto segnale di riferimento (SRiF) fornito dai detti mezzi generatori di segnale (7).
  3. 3. Dispositivo misuratore di distanza secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il detto segnale di riferimento (SRIF) è atto ad essere fornito dai detti mezzi generatori di segnale (7) ai detti mezzi di elaborazione (11) attraverso un collegamento elettrico presente tra i detti mezzi di elaborazione (11) ed i detti mezzi generatori di segnale (7) stessi.
  4. 4. Dispositivo misuratore di distanza secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il detto segnale di riferimento (SRiF) è atto ad essere trasmesso tramite i detti mezzi di emissione (6), attraverso un percorso ottico interno di riferimento, verso i detti mezzi di ricezione (10), atti a fornire il segnale di riferimento stesso (SRiF) ai detti mezzi di elaborazione (11) .
  5. 5. Dispositivo misuratore di distanza secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il detto percorso ottico interno di riferimento presenta una lunghezza di valore prefissato.
  6. 6. Dispositivo misuratore di distanza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 5, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi generatori di segnale (7) comprendono mezzi generatori di clock (8) atti a generare un segnale di clock (SK); e mezzi di modulazione (9) atti a ricevere ed elaborare il detto segnale di clock (SK) per fornire in uscita un segnale di comando (Sc) dei detti mezzi di emissione (6).
  7. 7. Dispositivo misuratore di distanza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi filtraggio (12) comprendono un circuito di calcolo (19) atto ad implementare la detta funzione (F1) prestabilita sul secondo segnale (ST) e sul detto segnale di ritardo (SRIT) in modo tale da eliminare dal secondo segnale (ST) il contributo del detto ritardo circuitale (ΔRIT) per fornire il segnale di distanza (SD) correlato alla distanza (D) misurata.
  8. 8. Dispositivo misuratore di distanza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la detta funzione prestabilita (F1) è definita da una operazione di differenza tra il detto secondo segnale (ST) ed il detto segnale di ritardo (SRiT).
  9. 9. Dispositivo misuratore di distanza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 8, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di elaborazione (11) comprendono un circuito amplificatore (13) atto ad amplificare in modo prefissato il detto primo segnale (SR) per fornire un terzo segnale (SA).
  10. 10. Dispositivo misuratore di distanza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 9, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di modulazione (9) sono atti a generare il detto segnale di riferimento (SRIF ).
  11. 11. Dispositivo misuratore di distanza secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di modulazione (9) sono atti a fornire al detto circuito amplificatore (13) il detto segnale di riferimento (SRiF).
  12. 12. Dispositivo misuratore di distanza secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di elaborazione (11) comprendono un circuito formatore di impulso (16) atto a ricevere ed elaborare il detto terzo segnale (SA) fornito dal detto circuito amplificatore (13) in modo tale da fornire in uscita il detto secondo segnale (ST) ed il detto segnale di ritardo (SRiT).
  13. 13. Dispositivo misuratore di distanza secondo un qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 9, caratterizzato dal fatto che il detto circuito generatore di clock (8) è atto a generare il detto segnale di riferimento (SRiF) -
  14. 14. Dispositivo misuratore di distanza secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di elaborazione (11) comprendono un circuito formatore di impulso (16) atto a ricevere dal detto circuito amplificatore (13) il detto primo segnale (SA) e dal detto circuito generatore di clock (8) il detto segnale di riferimento (SRiF) ed il detto segnale di clock (SK); il detto circuito formatore di impulso (16) essendo atto ad elaborare il detto primo segnale (SA), il detto segnale di riferimento (SRiF) ed il detto segnale di clock (SK) in modo tale da fornire in uscita il detto secondo segnale (ST) ed il detto segnale di ritardo (SRIT).
  15. 15. Dispositivo misuratore di distanza secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che il detto segnale di clock (SK) ed il detto segnale di riferimento (SRIF) presentano la stessa frequenza.
  16. 16. Dispositivo misuratore di distanza secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che il detto segnale di clock (SK) ed il detto segnale di riferimento (SRIF) sono sfasati di un angolo (a) prestabilito.
  17. 17. Dispositivo misuratore di distanza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di emissione (6) comprendono un fotoemettitore (6).
  18. 18. Dispositivo misuratore di distanza secondo la rivendicazione 17 caratterizzato dal fatto che il detto fotoemettitore (6) è un fotoemettitore LASER.
  19. 19. Dispositivo misuratore di distanza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi di ricezione (10) comprendono un fotoricevitore (10).
  20. 20. Dispositivo misuratore di distanza secondo la rivendicazione 19, caratterizzato dal fatto che il detto fotoricevitore (10) comprende un fotodiodo a valanga.
  21. 21. Dispositivo misuratore di distanza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di comprendere un gruppo ottico (4) atto a canalizzare il detto fascio luminoso da e verso il detto oggetto (2).
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