SISTEMA DE DETECCIÓN DE LUZ Y DE DETERMINACIÓN DE LA DISTANCIA.

Sistema de detección de luz y de determinación de la distancia Antecedentes La presente invención se refiere a un sistema óptico de exploración para la determinación de la distancia. Encuentra una aplicación particular en conjunción con un sistema de detección de luz y de determinación de la distancia (LIDAR) y se describirá con referencia particular al mismo. Se apreciará, sin embargo, que la invención también es válida para otras aplicaciones. Un sistema de detección de luz y de determinación de la distancia (LIDAR) transmite un impulso de luz (por ejemplo, desde un láser) que se refleja en una diana. Un receptor óptico detecta la luz reflejada y se calcula la distancia hasta la diana a partir del tiempo de demora entre la transmisión del impulso de luz y la detección de la luz reflejada. El campo de visión del receptor y el haz de luz transmitida habitualmente concuerdan y están co-alineados para asegurar una máxima eficacia en la recogida de la luz. Si el LIDAR contiene un escáner óptico rápido (tal como un espejo que se mueve rápidamente), es posible que el campo de visión del receptor pierda el alineamiento con respecto al rayo de luz proyectado. Dicha pérdida de alineamiento viene provocada por un cambio en la dirección de puntería que se produce durante el tiempo necesario para que el impulso de luz viaje hasta la diana, se refleje y vuelva de nuevo hasta el receptor. La extensión de este desalineamiento es un desfase angular que depende de la velocidad del escáner y de la distancia a la diana. Para una exploración LIDAR que esté limitada por la difracción (es decir, la divergencia del rayo de luz está solamente limitada por la longitud de onda y el diámetro del rayo en la abertura de salida del LIDAR), la velocidad angular del escáner (medida en radianes/segundo) para la cual el desfase angular es la mitad del rayo de luz transmitido la divergencia es: en la que es la longitud de onda de la luz transmitida (en metros) c es la velocidad de la luz (~ 3 x 10 8 m/segundo) D es el diámetro del rayo de luz transmitido en la abertura de salida del LIDAR (en metros) y R es la distancia hasta la diana (en metros). Si el campo de visión del receptor está inicialmente alineado con un cono de iluminación de luz transmitida, la señal recibida se reduce por el desfase angular. El efecto empeora en distancias mayores y a medida que aumenta la velocidad del escáner. Si el sistema LIDAR no está limitado por la difracción y la divergencia del rayo transmitido es , entonces la fórmula anterior se convierte en: Por ejemplo, si la divergencia del rayo es 2 milirradianes (mrad) y la distancia a una diana es 3 km, la velocidad angular a la cual el desfase angular es la mitad de la anchura del rayo del transmisor es 50 radianes / segundo, o 480 revoluciones / minuto (rpm). En este caso si el campo de visión del receptor coincide con la divergencia del rayo de luz transmitido, el desfase angular es todavía lo suficientemente pequeño para que el receptor óptico detecte alguna pequeña cantidad de luz dispersada desde la diana, pero para velocidades del escáner superiores a 960 rpm, el efecto del desfase angular provoca que el campo de visión del receptor pierda u oscurezca completamente la señal a partir de 3 km en adelante. La condición para este oscurecimiento completo es: Todos los sistemas LIDAR, bien sean de exploración o fijos, a menudo deben enfrentarse con otro intervalo dinámico de gran emisión de señales. El intervalo dinámico de señales es la relación de la intensidad de la señal de luz máxima 2 E08253634 25-10-2011   detectable (es decir, la saturación del detector) con respecto a la intensidad de la señal de luz mínima detectable. La señal detectada disminuye rápidamente con el aumento de la distancia a la diana a distancias más cercanas puede sobresaturar el receptor, mientras aquellas de dianas a mayores distancias pueden ser escasamente detectables. Una técnica de diseño conocida como compresión geométrica puede reducir el intervalo dinámico controlando la superposición fija de los campos ópticos de visión del transmisor y del receptor, la separación de los dispositivos ópticos del receptor y del transmisor y el efecto pantalla del receptor producido por los dispositivos ópticos del transmisor para atenuar la señal en distancias cortas. El tiempo de demora de la señal de luz recibida con respecto al impulso de luz transmitido no entra en este cálculo de compresión ya que estos parámetros de diseño son estáticos. La compresión geométrica puede beneficiar los sistemas LIDAR tanto de exploración como fijos. La presente invención suministra un aparato nuevo y mejorado y un procedimiento que resuelve los problemas antes mencionados. El documento DE 69114461 T2 divulga un dispositivo de telemetría para detectar y localizar objetos mediante retrodispersión, particularmente el humo de incendios forestales o aerosoles. El dispositivo incluye una fuente láser que emite impulsos repetitivos, un medio para detectar un rayo retrodispersado y una cabeza orientable que dirige el rayo láser emitido en azimut y elevación. Una cabeza reflectora 4 incluye un espejo principal plano 17 (espejo de recepción) sobre el cual se monta un espejo secundario 18 (espejo de transmisión). El espejo secundario 18 está centrado con el espejo principal 17 sobre un eje pivotante 24. Un rayo emitido 19 se refleja en un espejo 20 hacia el espejo de transmisión 18. Un rayo recibido 16 es reflejado por el espejo 17 de recepción hacia el espejo 11 y luego hacia el espejo 12 antes de ser dirigido por el espejo 12 (y un espejo 15) hacia un detector 2. La dimensión y el ángulo del espejo 20 protegen al detector 2 de un fenómeno de deslumbramiento. El documento EP 0173617 divulga un sistema transceptor láser para imágenes de vídeo. Un iluminador láser 1 crea un rayo láser a lo largo de una dirección de visionado. Un receptor 2 incluye un detector 22 para detectar la radiación luminosa del láser reflejada por una diana iluminada. Un dispositivo 3 de separación de trayectoria y de exploración dirige la radiación reflejada hacia el detector y desplaza el rayo mediante un giro angular para explorar un área predeterminada. Un medio 41, 42 de desviación óptica produce un desplazamiento angular relativo entre la dirección de visionado del iluminador y la del receptor para compensar la rotación de exploración mientras el rayo de luz es transportado entre el sistema y la diana iluminada. El medio de desviación óptica incluye un dispositivo óptico deflector 41, que es controlado por un circuito 42 de control de acuerdo con las variaciones en la velocidad de exploración y la distancia a la diana. El documento US 4311385 divulga un sistema láser de exploración de detección que tiene dispositivos ópticos 18 que compensan las desviaciones angulares de una señal recibida. Un control 48 gira los dispositivos ópticos 18 de compensación del desfase angular para alinear ópticamente una señal de referencia y una señal recibida para que sean paralelas entre sí a lo largo de la trayectoria óptica 40. El documento US 5485009 divulga un sistema láser de formación de imágenes que incluye un iluminador láser que transmite un rayo luminoso a lo largo de una dirección de señalización. Un receptor incluye un dispositivo de detección que detecta la radiación láser devuelta desde un objeto. El dispositivo de detección incluye una matriz lineal de N elementos yuxtapuestos. El receptor incluye circuitería electrónica que incluye N canales de recepción y está equipado con circuitos para la identificación de la distancia a través del rango del canal de detección. Unos circuitos de compensación para el desplazamiento de tiempo exhibido por las señales de vídeo en función de la distancia lleva de nuevo al objeto iluminado a una posición angular correcta. El documento US 4326799 divulga un sistema de exploración que combina la detección activa y pasiva de la radiación procedente de dianas. En el modo activo, se explora un rayo láser con una cuña giratoria en un patrón Palmer que mira hacia abajo. Una parte del rayo es reflejada desde las dianas. Cuatro transductores de inclinación, colocados en ángulo recto entre si entre una superficie exterior de la cuña de exploración 124 y un anillo interno 140 compensan la falta de registro del rayo de una señal recibida. El documento US 3523730 divulga un sistema de localización de objetos. Los láseres tienen impulsos largos de forma que la duración de cada impulso sea larga en comparación con el tiempo necesario para que la luz se propague hacia un objeto y vuelva de nuevo. La distancia se mide explorando un rayo estrecho a través de un campo de visión que incluye el objeto. Se usa un ángulo entre el rayo transmitido y el rayo reflejado para determinar la distancia al objeto. De acuerdo... 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1. Un sistema (10) de detección de luz y de determinación de la distancia, que comprende: una unidad (16) de espejo que gira alrededor de un eje (26) de exploración, la unidad (24) de espejo incluye: una parte (22) de recepción y una parte (20) de transmisión, estando situados los respectivos centroides de las partes (22, 20) de recepción y de transmisión en un punto común (30) del eje (26) de exploración mientras que las partes (22, 20) de recepción y de transmisión giran alrededor del eje (26) de exploración; un transmisor (12) que transmite un impulso luminoso hacia la unidad (16) de espejo, situándose la parte (20) de transmisión para reflejar el impulso luminoso hacia una diana (40) y un receptor óptico (14), situándose la parte (22) de recepción para reflejar el impulso luminoso reflejado desde la diana (40) hacia el receptor (14), que se caracteriza porque: la parte (20) de transmisión está desalineada en un ángulo (56) alrededor del eje (26) de exploración con relación a un plano superficial de la parte (22) de recepción y el desalineamiento angular (56) compensa el cambio entre el cono de iluminación de la parte de transmisión y el campo de visión de la parte (22) de recepción que resulta del giro de la unidad de espejos (16). 2. El sistema (10) de detección de luz y de determinación de la distancia según la reivindicación 1, en el que el impulso de luz reflejado por la parte (22) de recepción es recibido por el receptor (14), el sistema incluye además: dispositivos electrónicos (54) que comunican con el receptor óptico (14) para determinar una distancia a la diana (40) en función del tiempo de demora del impulso de luz recibido en el receptor óptico (14). 3. El sistema (10) de detección de luz y de determinación de la distancia según la reivindicación 2, en el que: la distancia a la diana (40) se determina en función del tiempo de demora del impulso luminoso detectado en el receptor óptico (14). 4. El sistema (10) de detección de luz y de determinación de la distancia según la reivindicación 3, en el que: la intensidad del impulso luminoso es detectable en el receptor óptico (14) cuando la distancia a la diana (40) es aproximadamente 3 km. 5. El sistema (10) de detección de luz y de determinación de la distancia según la reivindicación 1, en el que el campo de visión de la parte de recepción se superpone con el cono de iluminación de la parte de transmisión en función de la distancia a la diana (40). 6. El sistema (10) de detección de luz y de determinación de la distancia según la reivindicación 5, en el que el campo de visión de la parte de recepción y el cono de iluminación de la parte de transmisión se superponen substancialmente de forma completa a una distancia máxima a la diana (40) detectable por el receptor óptico (14). 7. El sistema (10) de detección de luz y de determinación de la distancia según la reivindicación 6, en el que el campo de visión de la parte de recepción se superpone aproximadamente en del cono de iluminación de la parte de transmisión a aproximadamente de la distancia máxima a la diana (40) detectable por el receptor óptico (14). 8. El sistema (10) de detección de luz y de determinación de la distancia según la reivindicación 1, en el que las partes de recepción y de transmisión son concéntricas. 6 E08253634 25-10-2011   7 E08253634 25-10-2011   8 E08253634 25-10-2011   9 E08253634 25-10-2011   E08253634 25-10-2011   11 E08253634 25-10-2011